物理：25《探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng)》2ppt課件

.,J2459學(xué)生示波器,陰極射線管結(jié)構(gòu)示意圖,2.5探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng),.,示波器的原理,1.示波器作用：是一種用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。,.,產(chǎn)生高速飛行的電子束,待顯示的電壓信號(hào),鋸齒形掃描電壓,使電子沿Y方向偏移,使電子沿x方向偏移,一。示波器的原理,.,.,二.帶電粒子在電場(chǎng)中的加速,用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析,用動(dòng)能定理分析,如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，由于接上電池組而帶電，兩板間的電勢(shì)差為U。若一個(gè)質(zhì)量為m，帶負(fù)電荷q的電子，在靜電力作用下由負(fù)極板向正極板運(yùn)動(dòng)，計(jì)算它到達(dá)正極板時(shí)的速度多大？,.,3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定,電場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類：,1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比小得多，除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。,2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。,.,帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,運(yùn)動(dòng)情況：,受到恒定的電場(chǎng)力,受力情況：,做勻變速運(yùn)動(dòng),.,二.帶電粒子在電場(chǎng)中的加速,用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析,用動(dòng)能定理分析,如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，由于接上電池組而帶電，兩板間的電勢(shì)差為U。若一個(gè)質(zhì)量為m，帶負(fù)電荷q的電子，在靜電力作用下由負(fù)極板向正極板運(yùn)動(dòng)，計(jì)算它到達(dá)正極板時(shí)的速度多大？,.,1、受力分析:,水平向右的電場(chǎng)力FEq=qU/d,2、運(yùn)動(dòng)分析:,初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解,解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解,粒子加速后的速度與加速電壓有關(guān),.,思考題,如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？如果初速度不為零又如何求解？,由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，第二種方法仍適用！,.,結(jié)論：由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問(wèn)題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。,.,d,U,v0,q、m,三.帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),.,d,U,v0,q、m,F,v,v0,vy,y,偏轉(zhuǎn)角,側(cè)移,三.帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量y和偏轉(zhuǎn)角,.,1、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：,帶電粒子以速度V0垂直于電場(chǎng)線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，若只受電場(chǎng)力作用，做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。,2、偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的分析處理方法：（類似平拋運(yùn)動(dòng)分析方法）,（1）沿初速度方向是速度為V0的勻速直線運(yùn)動(dòng)；,（2）沿電場(chǎng)力方向是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,.,類平拋運(yùn)動(dòng),與粒子比荷q/m成正比,與粒子初速度v0平方成反比,與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān),3。帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：側(cè)移距離,.,與粒子比荷q/m成正比,與粒子初速度v0平方成反比,與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān),類平拋運(yùn)動(dòng),4.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：（偏轉(zhuǎn)角）,.,1.加速度:,2.飛行時(shí)間:,3.側(cè)移距離:,4.偏轉(zhuǎn)角:,5.出射速度:,帶電粒子的偏轉(zhuǎn)類平拋運(yùn)動(dòng),.,結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的問(wèn)題就是一個(gè)類平拋的問(wèn)題。粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng),.,四、加速和偏轉(zhuǎn)一體,.,例5：一束電子流經(jīng)U=5000V的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若兩板間距d=1.0cm，板長(zhǎng)l=5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)板之間的電壓最多能加多少？,.,課堂小結(jié)：,一、利用電場(chǎng)使帶電粒子加速,二、利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn),從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析,從做功和能量的角度分析,類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法,粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),.,1、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場(chǎng)加速后，哪種粒子動(dòng)能最大（）哪種粒子速度最大（）A、質(zhì)子B、電子C、氘核D、氦核,強(qiáng)化練習(xí),與電量成正比,與比荷平方根成正比,D,B,.,2、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的質(zhì)子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng)M、N間電壓為U時(shí)，粒子到達(dá)N板的速度為v，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)N板的速度為2v，則下述方法能滿足要求的是（）A、使M、N間電壓增加為2UB、使M、N間電壓增加為4UC、使M、N間電壓不變，距離減半D、使M、N間電壓不變，距離加倍,M,N,U,d,v與電壓平方根成正比,B,強(qiáng)化練習(xí),.,3、如圖所示的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，A、B的電勢(shì)差UAB100V，一個(gè)質(zhì)量為m=2.010-12kg、電量為q=-5.010-8C的帶電粒子，以初速度v0=3.0103m/s由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，求粒子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速率。（不計(jì)粒子重力）,q為負(fù),強(qiáng)化練習(xí),.,4、質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子以初速度v從中線垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，剛好離開(kāi)電場(chǎng)，它在離開(kāi)電場(chǎng)后偏轉(zhuǎn)角正切為0.5，則下列說(shuō)法中正確的是A、如果偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓為原來(lái)的一半，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25B、如果帶電粒子的比荷為原來(lái)的一半，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25C、如果帶電粒子的初速度為原來(lái)的2倍，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25D、如果帶電粒子的初動(dòng)能為原來(lái)的2倍，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25,強(qiáng)化練習(xí),.,5、質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價(jià)氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動(dòng)能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，離開(kāi)電場(chǎng)后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為，側(cè)移之比為。,與電量成正比,與電量成正比,2:1,2:1,強(qiáng)化練習(xí),.,6、三個(gè)電子在同一地點(diǎn)沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，如圖所示。則由此可判斷（）A、b和c同時(shí)飛離電場(chǎng)B、在b飛離電場(chǎng)的瞬間，a剛好打在下極板上C、進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c速度最大，a速度最小D、c的動(dòng)能增量最小，a和b的動(dòng)能增量一樣大,強(qiáng)化練習(xí),.,析與解,.,6、三個(gè)電子在同一地點(diǎn)沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，如圖所示。則由此可判斷（）A、b和c同時(shí)飛離電場(chǎng)B、在b飛離電場(chǎng)的瞬間，a剛好打在下極板上C、進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c速度最大，a速度最小D、c的動(dòng)能增量最小，a和b的動(dòng)能增量一樣大,強(qiáng)化練習(xí),.,7、如圖，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始加速，然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是（）A、U1變大、U2變大B、U1變小、U2變大C、U1變大、U2變小D、U1變小、U2變小,強(qiáng)化練習(xí),.,析與解,對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：,對(duì)偏轉(zhuǎn)過(guò)程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：,與粒子的電量q、質(zhì)量m無(wú)關(guān),.,8、如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們（）A、側(cè)移相同B、偏轉(zhuǎn)角相同C、到達(dá)屏上同一點(diǎn)D、到達(dá)屏上不同點(diǎn),與粒子的電量q、質(zhì)量m無(wú)關(guān),強(qiáng)化練習(xí),.,9、試證明：帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)就好象是從初速度所在直線的中點(diǎn)沿直線離開(kāi)電場(chǎng)的。,x,強(qiáng)化練習(xí),.,10、如圖所示，有一電子(電量為e、質(zhì)量為m)經(jīng)電壓U0加速后，沿平行金屬板A、B中心線進(jìn)入兩板，A、B板間距為d、長(zhǎng)度為L(zhǎng)，A、B板間電壓為U，屏CD足夠大，距離A、B板右邊緣2L，AB板的中心線過(guò)屏CD的中心且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。,強(qiáng)化練習(xí),.,析與解,電子離開(kāi)電場(chǎng)，就好象從中點(diǎn)沿直線離開(kāi)的：,對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：,.,11、質(zhì)量為110-25kg、電量為110-16C的帶電粒子以2106m/s速度從水平放置的平行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間，如圖所示。已知板長(zhǎng)L10cm，間距d2cm，當(dāng)AB間電壓在范圍內(nèi)時(shí)，此帶電粒子能從板間飛出。,v0,+,-,強(qiáng)化練習(xí),.,v0,+,-,析與解,對(duì)偏轉(zhuǎn)過(guò)程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：,或?qū)ζD(zhuǎn)過(guò)程由側(cè)移公式：,.,如圖所示，A、B為兩塊豎直放置的平行金屬板，G是靜電計(jì)，電鍵K合上后，靜電計(jì)指針張開(kāi)一個(gè)角度。下述哪些做法可使指針張角增大？()A、使A、B兩板靠近些；B、使A、B兩板正對(duì)面積錯(cuò)開(kāi)些；C、斷開(kāi)K后，使B板向右平移拉開(kāi)一些；D、斷開(kāi)K后，使A、B正對(duì)面錯(cuò)開(kāi)些。,CD,例1,.,例2,平行板電容器下板接地，兩板與電源相連，b為正中央的點(diǎn)，將不帶電的厚金屬板插入兩板正中間的如圖所示位置后，a、b、c三點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)及電勢(shì)變化情況為：()A、E=E且均增大，E減為零；B、UUU，且三點(diǎn)電勢(shì)均減?。籆、E=E且不變，E減為零；D、UUU，且U減小，U不變，U增大。,AD,.,如圖所示，在平行板電容器正中有一個(gè)帶電微粒。K閉合時(shí)，該微粒恰好能保持靜止。在保持K閉合；充電后將K斷開(kāi)；兩種情況下，各用什么方法能使該帶電微粒向上運(yùn)動(dòng)打到上極板？A.上移上極板MB.上移下極板NC.左移上極板MD.把下極板N接地,答案：選B，選C。,例3,.,傳感器是把非電學(xué)里（如速度、溫度、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)里變化的一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器的示意圖，金屬芯線與導(dǎo)電液體形成一個(gè)電容器，從電容C大小的變化就能反映液面的升降情況，兩者的關(guān)系是（）AC增大表示h增大BC增大表示h減小CC減小表示h減小DC減小表示h增大,AC,例4,.,在點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，將質(zhì)子和粒子分別從A點(diǎn)由靜止釋放，已知質(zhì)子和粒子的電性相同，帶電量之比為1:2，質(zhì)量之比為1:4，則到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，它們的速度大小之比為多少？,解：質(zhì)子和粒子從A到B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，分別應(yīng)用動(dòng)能定理得,聯(lián)立兩式可解出它們到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小之比為,例5：,.,練習(xí)一：,A板的電勢(shì)UA0，B板的電勢(shì)UB隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。則()A.若電子是在t0時(shí)刻進(jìn)入的，它將一直向B板運(yùn)動(dòng)B.若電子是在tT/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上C.若電子是在t3T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上D.若電子是在tT/2時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板、時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),AB,.,在平行金屬板A、B之間加如圖所示的交變電壓，其頻率為f，t=0時(shí)刻A板處有一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的正離子從靜止開(kāi)始向B板運(yùn)動(dòng)，重力忽略不計(jì)，求：為使離子到B板時(shí)的速度最大，A、B之間的距離d應(yīng)滿足什么條件？,解：要使正離子到達(dá)B板的速度最大，需要正離子在電場(chǎng)中始終做加速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)滿足,因此AB之間的距離應(yīng)滿足,練習(xí)二：,.,例6,電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中,入射方向跟極板平行.整個(gè)裝置處在真空中,重力可忽略.在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下,下述四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是()AU1變大、U