1.5匀强电场中电势差与电场强度的关系_示波管原理 课件 -2022-2023学年高二上学期物理教科版选修3-1

1.5 匀强电场中 电势差与电场强度的关系 示波管原理 一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 电场有两个性质：力的性质和能的性质，描述这两个方面性质的物理量分别是场强和电势（电势差），那么这两个物理量之间有没有什么联系呢？ 理论探究： 如图所示，设匀强电场E中，沿电场线方向有A、B两点，距离为d，电势差为UAB，正电荷q从A移到B， 2 由此可知： （1）在匀强电场中，两点间的电势差（绝对值）等于场强与这两点间沿电场线方向的距离的乘积： （2）场强的大小等于沿场强方向每单位距离上的电势差（绝对值）即： （3）沿电场线方向电势越来越低，电场强度的方向就是电势降低最快的方向。（这一结论对任意电场都成立） 1J=1N × 1m=1C ×1V 1V/m＝1N/C 则： ---即场强的两个单位是相同的 在匀强电场中，如果沿垂直电场线方向把电荷q从C点移到D点，由于电荷的位移方向与受力方向垂直，电场力不做功，UCD＝0，所以C、D两点的电势相等，且在垂直于电场线的同一平面内，即： 沿垂直电场线方向的各点的电势相等 2.沿垂直电场线方向电势变化 例题：如图所示，水平放置的两平行金属板间有一匀强电场。已知两极板间相距5cm，有一质量为1.0×10－9kg、带负电的液滴悬浮其中，其电荷量为5.0×10－12 C。若不考虑空气浮力，要使液滴处于平衡状态，问：（1）两极板间应加多大的电势差？（2）哪块极板的电势较高？ 解：设A、B两极板间电压为U,则匀强电场的场强 液滴所受电场力 又由二力平衡有 所以A、B两板间的电压 代入已知可解得 因为负电荷所受电场力的方向竖直向上，所以电场线方向向下，则A板电势高。 二、示波管原理——带电粒子在电场中的运动 示波器是一种可以显示电信号随时间变化情况的仪器，它的核心部件是示波管，示波管实际上是一个阴极射线管，下面我们来了解它的工作原理。 阴极射线管常用于示波器的视频显示，如右图所示是阴极射线管中电子运动的径迹。 右图是一种简化的阴极射线管的装置示意图，思考： 电子从阴极射出后的运动可以分为几个阶段？各是什么运动？ 电子在管中的运动可分为三个过程： 1.电子在电场中加速——电子枪（详见课本P25） 原理分析： 可把电子枪视为如右图所示的情景：在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。电子在电场力的作用下，由静止开始从负极板向正极板运动，到达正板板时的速度有多大？(不考虑电子的重力） -q U m + _ 带电粒子的加速 d -q U m + _ 带电粒子的加速 d 1、受力分析: 水平向右的电场力 F＝qE=qU/d F 2、运动分析: 初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。 解法一：运用运动学知识求解 解法二：运用能量知识求解 思考：若不是匀强电场，该用哪种方法求？ 说明：当m、q不变时，增大U，v也增大。 2.电子在匀强电场中偏转（不计重力）——类平抛运动 U l + + + + + + - - - - - - Y d Y′ v0 -q 如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y′，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电荷量为q质量为m的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。(不计粒子的重力) 1.受力分析：粒子受到竖直向下的静电力F＝qE＝qU/d。 2.运动规律分析:粒子作类平抛运动。 离开电场时的偏转角度的正切： y方向：加速度为 的匀加速直线运动 x方向：匀速直线运动 -q + + + + + + - - - - - - φ v v0 vy + _ U1 U2 v0 l -q m 加速和偏转一体 y 推论1：v初=0的同种电荷,通过同一加速电场和偏转电场,它们的运动轨迹重合，与q、m无关（因偏转距离,偏转角都相同）。 加速电场 偏转电场 例题：如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中．入射方向跟极板平行．整个装置处在直空中．重力可忽略．在满足电子能射出平行板区的条件下．下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是 ( ) A．U1变大、U2变大 B．U1变小、U2变大 C．U1变大、U2变小． D．U1变小、U2变小 B 例题：质子、氘核和氦核（氦核的质量是质子的4倍，电荷量是质子的2倍）从静止开始经相同的电压加速后，从同一点垂直进入同一匀强电场并射出，关于它们在匀强电场中的运动，下列说法中正确的是：( ) C、有两条轨迹，其中氘核和氦核轨迹相同； A、质子、氘核和氦核的轨迹相同； B、有两条轨迹，