2018-2019学年高中物理沪科版选修3-1（课件+教师用书）第2章 2.5　探究电子束在示波管中的运动 (2份打包)

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.学会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加速和偏转的运动规律，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) [自 主 预 习·探 新 知] [知识梳理] 一、示波管的构造和原理 1．构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成，如图2­5­1所示． 图2­5­1 2．工作原理 (1)偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏中心点形成一个亮斑． (2)仅在XX′(或YY′)加电压：若所加电压稳定，则电子被加速，偏转后射到XX′(或YY′)所在直线上某一点，形成一个亮斑(不在中心)，如图2­5­2所示． 图2­5­2 (3)示波管实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图． 二、电子束在示波管中的运动规律 1．电子束的加速 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 2．电子束的偏转 (1)如图2­5­3所示，偏转电极YY′两极间的电场是匀强电场． 图2­5­3 (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′＝. [基础自测] 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”．) (1)示波管主要是由电子枪、偏转电极和荧光屏组成的．(√) (2)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．(×) (3)带电粒子仅在电场力作用下运动时，动能一定增加．(×) (4)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．(√) (5)示波管偏转电极间的电场是匀强电场．(√) (6)示波管的荧光屏上显示的是电子的运动轨迹．(×) (7)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．(√) 【提示】　 (2)×　电子在匀强电场和非匀强电场中加速，都可以应用动能定理． (3)×　电场力对电子做正功，电子动能才能增加． (6)×　示波管的荧光屏上显示的是电子打在荧光屏上的位置． 2．下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后，速度最大的是(　　) A．质子(H) H)　　　　　　 B．氘核( C．α粒子(He) D．钠离子(Na＋) A　[根据qU＝越大，加速后的速度越大，故A正确．]，当U相同时，比荷mv2，v＝ 3．如图2­5­4所示，质子(He)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(不计粒子重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为(　　) H)和α粒子( 【导学号：69682104】 图2­5­4 A．4∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶4 B　[由y＝，可知y与q成正比，B正确．]，得：y＝mv和Ek0＝ 4．(多选)如图2­5­5所示，一带电小球以速度v0水平射入接入电路中的平行板电容器中，并沿直线打在屏上O点，若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后，让带电小球再次从原位置水平射入并能打在屏上，其他条件不变，两次相比较，则再次射入的带电小球(　　) 图2­5­5 A．将打在O点的下方 B．将打在O点的上方 C．穿过平行板电容器的时间将增加 D．到达屏上时的动能将增加 AD　[由题意可知，要考虑小球的重力，第一种情况重力与电场力平衡；U不变，若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后，极板间的距离d变大，场强变小，电场力变小，重力与电场力的合力偏向下，带电小球将打在O点的下方．由于水平方向运动性质不变，故时间不变；而由于第二种情况合力做正功，小球的动能将增加．] [合 作 探 究·攻 重 难] 带电粒子在电场中的加速 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