2.2.2带电粒子在电场中偏转的推论和示波器 导学案-2024-2025学年高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

石北中学 物理学科高二年级研学案 课型：新授课 日期：2024年09月27日 带电粒子在电场中偏转的推论和示波器 主备人：李艳梅、何杰 审核人: 高二物理备课组 高___级___班 学生姓名:________ 【学习目标】 1、 知道带电粒子在电场中偏转的几个重要推论； 2、 会应用推论解决带电粒子在电场中的偏转问题； 3、 知道示波管的主要构造和工作原理。 【重难点】 重点：知道并会应用带电粒子在电场中偏转的推论。 难点：理解示波管的工作原理。 【学法指导】 1、 首先，熟悉有关带电粒子在电场中偏转相关的分析方法，掌握沿初速度方向和沿电场力方向运动规律的表达式，如和，并能熟练运用这些公式解决问题； 2、 重点理解推论部分，通过推导速度偏转角和位移偏转角的表达式，明确它们与粒子的初速度、电荷量、电场强度等因素的关系，特别要记住这个重要关系； 3、 通过探究示波管的工作原理明白电子束如何偏转，以及荧光屏如何显示亮点，结合电场知识，分析偏转电极间电压变化对电子束的影响。 【学习过程】 一、知识回顾： 情景1：如右图，粒子质量为m，带电量为+q，极板间距为d，电压为U，求粒子到达右侧极板时的速度。 情景2：粒子在电场中偏转（以粒子能飞出电场为例，如右图）。 1 飞行时间： 2 加速度： 3 竖直分位移： 4 竖直分速度： 5 速度偏转角： 二、带电粒子在电场中偏转的几个重要推论： 引例　我们已经清楚带电粒子在偏转电场中做“类平抛”运动，那么类似的平抛运动推论在这里是否仍然可用呢？ 例1、如图所示，一带电粒子先经加速电场加速后，又沿着平行于板面的方向从O点垂直进入偏转电场，已知加速电场的电压为U0。偏转电场的电压为U，极板长度为l，极板间距为d，带电粒子的电荷量为q，质量为m，求： (1)粒子离开电场时速度偏转角的正切值tan θ； (2)粒子沿加速电场方向的偏移距离y。 拓展1　让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？ 拓展2　若在该偏转极板右侧有一荧光屏，极板的右端与荧光屏的距离为L，如图所示，已知粒子出偏转电场时沿电场力方向的偏移量y，求粒子打在荧光屏上的位置P与荧光屏中心O′点之间的距离y′。 总结 推论1 如图所示，粒子从偏转电场中射出时，其速度的反向延长线与初速度方向交于一点，此点平分沿初速度方向的位移。 推论2 速度偏转角正切值为位移偏转角正切值的2倍，即tanθ＝ 2tanα。 推论3 初速度为零的不同的带电粒子(电性相同)，经同一电场加速后，垂直进入同一偏转电场，则它们的运动轨迹必定重合。 三、示波器 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。示波器的核心部件是示波管，其内部构造如下图： 1 示波管的组成：电子枪、偏转电极、荧光屏。 2 基本原理：带电粒子在电场力作用下加速和偏转，屏幕上的亮线是电子束高速撞击荧光屏产生的。 思考与讨论1：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间也不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？只在 YYˊ 之间加不变的电压，电子将打在荧光屏的什么位置？只在 XXˊ 之间加不变电压，又如何？ 思考与讨论2：如果在 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加按下图规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形？尝试画出来。 思考与讨论3：如果在 YYˊ之间加如下图的交变电压，同时在 XXˊ之间加下图的锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？尝试画出来。 例2、如图甲所示为示波管，如果在YY′之间加如图乙所示的交变电压，同时在XX′之间加如图丙所示的锯齿形电压，使X的电势比X′高，则在荧光屏上会看到的图形为（ ） 【课堂检测】 1. 如图所示，在边长为L的竖直正方形ABCD区域存在着匀强电场，方向竖直向下，与AD边平行。质量为m、电荷量为e的电子，在D点沿DC方向以速度v0射入电场中并从B点射出电场，不考虑电子的重力，则(　　) A．电子在B点的速率为v0 B．电子在B点的速率为2v0 C．匀强电场的电场强度大小为 D．匀强电场的电场强度大小为 2. 如图甲所示为示波管原理图，若其内部竖直偏转电极YY′之间电势差按图乙所示的规律变化，水平偏转电极XX′之间的电势差按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是(　　) 3.喷墨打印机的原理示意图如下图所示，其中墨盒可以喷出墨汁液滴，此液滴经过带电室时被带上负电，带电多少由计算机按字体笔画高低位置输入信号加以控制。带电后液滴以一定的初速度进入偏转电场，带电液滴经过偏转电场发生偏转后打到纸上，显示出字体。计算机无信号输入时，墨汁液滴不带电，径直通过偏转板最后注入回流槽流回墨盒。设偏转板长，两板间的距离，两板间的电压，偏转板的右端距纸的距离。若一滴墨汁液滴的质量，墨汁液滴以的初速度垂直电场方向进人偏转电场，此液滴打到纸上的点距原入射方向的距离为。忽略空气阻力和重力作用。 （1）求这滴液滴通过带电室后所带的电量。 （2）若要使纸上的字体放大，可通过调节两极板间的电压或调节偏转板右端距纸的距离来实现现。调节使纸上的字体放大10%，调节后偏转板的右端距纸的距离多大？ 4 学科网（北京）股份有限公司 $$