2017-2018学年沪科版高中物理选修3-1第2章电场与示波器2.5探究电子束在示波管中的运动学案

2.5　探究电子束在示波管中的运动 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.了解示波器的构造. 2.探究电子束在偏转电极中的偏转，并观察带电油滴在匀强电场中的偏转. 3.掌握示波管中电子束的运动规律，会运用力学知识解决带电粒子在电场中的加速和偏转问题．(难点) 带 电 粒 子 在 电 子 枪 中 的 运 动 设阴极金属丝释放出的电子初速度为零，则电子从电子枪阳极小孔射出的速度v0，可由动能定理计算．表达式为qU＝. ，解得v0＝mv 1．从电子枪中发出的电子只有在匀强电场中加速，才能应用动能定理．(×) 2．带电粒子仅在电场力作用下运动时，动能一定增加．(×) 3．带电粒子在电容器两板间加速时，若电压不变，增大板间距离时，并不改变粒子末速度大小，但改变运动时间．(√) 带电粒子在电场中运动时，什么情况下重力可以忽略？什么情况下不能忽略重力？ 【提示】　(1)当带电粒子的重力远小于电场力时，粒子的重力就可以忽略． (2)微观带电粒子，如电子、质子、离子、α粒子等除有说明或有明确暗示外，处理问题时均不计重力．而带电的液滴、小球等除有说明或有明确暗示外，处理问题时均应考虑重力． 如图2­5­1所示，平行板电容器两板间电压为U，板间距离为d.一质量为m，带电量为q的正离子在左板附近由静止释放． 图2­5­1 探讨1：正离子在两板间做什么规律的运动？加速度多大？ 【提示】　正离子在两板间做初速度为零的匀加速直线运动．加速度a＝. 探讨2：正离子到达负极板时的速度多大？ 【提示】　由动能定理Uq＝.mv2可得v＝ 1．电场中的带电粒子的分类 (1)带电的基本粒子 如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等，这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，除非有特别的说明或明确的标示，一般都不考虑重力(但并不能忽略质量)． (2)带电微粒 如带电小球、液滴、尘埃等，除非有特别的说明或明确的标示，一般都要考虑重力．某些带电体是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态来判定． 2．解决带电粒子在电场中加速时的基本思路 1．如图2­5­2所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，此后穿过等势面N的速度大小应是(　　) 图2­5­2 A. B．v0＋ C. D. 【解析】　由动能定理得：qU＝，故C正确． ，v＝mvmv2－ 【答案】　C 2．两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m、电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图2­5­3所示，OA＝h，此电子具有的初动能是(　　) 【导学号：29682015】 图2­5­3 A.　　　D. B．edUh　　　C. 【解析】　由动能定理：－F·s＝－mv 所以－eE·h＝0－·h＝0－Ek0－e·mv 故Ek0＝. 【答案】　D 3.如图2­5­4所示，在点电荷＋Q的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？ 图2­5­4 【解析】　设A、B两点间的电势差为U，由动能定理知，对质子：. ＝＝＝＝qαU，所以mαv＝qHU，对α粒子：mHv 【答案】　∶1 电 子 束 在 示 波 管 中 的 运 动 规 律 1．如图2­5­5所示，偏转电极YY′两极间的电场是匀强电场． 图2­5­5 2．电子在两极间受到一个大小和方向都不变的电场力的作用．电子束垂直进入偏转极板间将做类平抛运动． (1)电子经过极板的时间t：t＝； (2)垂直于偏转极板方向偏移距离y：y＝； at2＝ (3)垂直于偏转极板方向的分速度vy：vy＝at＝； (4)离开偏转电场时的速度偏转角φ：tan φ＝ . ＝ 3．电子离开偏转电极后的运动 (1)电子离开偏转电极后不再受电场力作用，电子做匀速直线运动． (2)电子打在荧光屏上发生的偏移y′＝. 1．示波管偏转电极间的电场是匀强电场．(√) 2．示波管的荧光屏上显示的是电子的运动轨迹．(×) 3．电子枪的加速电压越大，电子束离开偏转电场时的偏转角越小．(√) 如图2­5­6所示是物体做平抛运动和带电粒子在电场中做类平抛运动的轨迹图，观察图片，思考问题： 图2­5­6 它们在受力方面有什么共同的特点？ 【提示】　飞机上抛出的物体受重力作用，带电粒子在电场中受电场力的作用，共同特点是受力方向和初速度的方向垂直． 如图2­5­7所示，两平行金属板间存在竖直向下的匀强电场，一质量为m、带电量为q的粒子的速度v0垂直于电场方向射入两极之间．已知，两板间距为d，板长度为l，两板间电压为U.不计粒子的重力． 图2­5­7 探讨1：粒子在两板间做什么性质的运动？在板间运动的加