物理粵教版學(xué)案第章第六節(jié)示波器的奧秘

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第六節(jié)示波器的奧秘學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1．理解帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問題．2．知道示波管的構(gòu)造和基本原理．重點(diǎn):帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．難點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)電學(xué)知識和力學(xué)知識綜合處理偏轉(zhuǎn)問題．一、帶電粒子的加速1．不計(jì)重力，帶電粒子q在靜電力作用下，由靜止開始加速，加速電壓為U,則它的末動(dòng)能為eq\f(1，2)mv2＝____＝____．2．不計(jì)重力，若帶電粒子q以與電場線平行的初速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場,則qU＝______________________．預(yù)習(xí)交流不計(jì)重力，在非勻強(qiáng)電場中,帶電粒子q在靜電力作用下以初速度v0進(jìn)入該電場,qU＝eq\f(1,2）mv2－eq\f（1，2）mveq\o\al（2，0)還成立嗎？二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)設(shè)偏轉(zhuǎn)平行導(dǎo)體板長為l，兩板間距為d，兩板間電壓為U2．若質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶電粒子垂直場強(qiáng)方向以速度v0射入電場,則：粒子將做______________，如圖所示．1．粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t＝________．2．粒子在電場中的側(cè)移距離為y＝eq\f（1,2)at2＝________________＝eq\f（1,2）eq\f（qU,md)（eq\f(l,v0））2＝______________．3．粒子偏轉(zhuǎn)的角度tanθ＝__________＝eq\f(qlU，dmv\o\al（2,0））．三、示波器探秘1．構(gòu)造示波器的核心部件是________（如下圖）它主要由________（由發(fā)射電子的燈絲和加速電極組成）、____________(一對X偏轉(zhuǎn)電極板和一對Y偏轉(zhuǎn)電極板組成）和________組成．2．原理燈絲被電源加熱后,出現(xiàn)________發(fā)射，發(fā)射出來的電子經(jīng)加速電場加速后,以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場．在預(yù)習(xí)中還有哪些問題需要你在聽課時(shí)加以關(guān)注？請?jiān)谙铝斜砀裰凶鰝€(gè)備忘吧！我的學(xué)困點(diǎn)我的學(xué)疑點(diǎn)答案:一、1．WqU2．eq\f(1,2）mv2－eq\f（1，2）mveq\o\al（2,0)預(yù)習(xí)交流:答案：成立二、類平拋運(yùn)動(dòng)1．eq\f(l,v0）2．eq\f(1，2)eq\f(qE,m）·t2eq\f（ql2U，2mdv\o\al（2，0))3．eq\f（vy，v0）三、1．示波管電子槍偏轉(zhuǎn)電極板熒光屏2．熱電子一、帶電粒子在電場中的加速如圖為一直線加速器，原理為在真空金屬管中加上高頻交變電場,從而使帶電粒子獲得極高的能量，你知道它的加速原理嗎？如圖所示,在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子到達(dá)Q板時(shí)的速度，下列解釋正確的是（)．A．兩板間距離越大，加速的時(shí)間就越長,獲得的速率就越大B．兩板間距離越小，加速度就越大，獲得的速度就越大C．與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)D．以上解釋均不正確1．帶電粒子在電場中的加速問題，主要有以下兩種處理方法：(1）力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系——牛頓第二定律：帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，受到的電場力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上，做勻加（減）速直線運(yùn)動(dòng)．這種方法適用于勻強(qiáng)電場．(2）用功能觀點(diǎn)分析：粒子只受電場力作用，動(dòng)能變化量等于電場力做的功．即：qU＝eq\f(1,2)mv2(初速度為零時(shí)）；qU＝eq\f(1,2）mv2－eq\f（1，2)mveq\o\al（2，0）(初速度不為零時(shí))這種方法既適用于勻強(qiáng)電場,也適用于非勻強(qiáng)電場．2．帶電粒子的重力是否忽略的問題若所討論的問題中，帶電粒子受到的重力遠(yuǎn)小于電場力，即mg≤qE，則可忽略重力的影響．一般說來：①基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子等除有說明或明確暗示以外，一般都不考慮重力（但并不忽略質(zhì)量）．②帶電粒子：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確暗示以外，一般都不能忽略重力．二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)如圖所示為湯姆孫當(dāng)年設(shè)計(jì)的陰極射線管，在電場作用下由陰極C發(fā)出的陰極射線（電子流)，通過A和B聚焦，從另一對電極D和E間的電場中穿過……他利用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的真空技術(shù)獲得的高真空,終于使陰極射線在電場中發(fā)生了穩(wěn)定的電偏轉(zhuǎn)．你知道帶電粒子在DE間做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)嗎?如圖所示，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運(yùn)動(dòng)，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中,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1．對粒子偏轉(zhuǎn)角的討論在圖中,設(shè)帶電粒子質(zhì)量為m、帶電荷量為q，以速度v0垂直于電場線射入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場,偏轉(zhuǎn)電壓為U1．若粒子飛出電場時(shí)偏角為θ，則tanθ＝eq\f（qU1l,mv\o\al(2,0）d)．①（1）若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)過同一加速電壓U0加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的，則由動(dòng)能定理有:qU0＝eq\f(1,2）mveq\o\al(2,0)②由①②式得：tanθ＝eq\f(U1l，2U0d）③由③式可知，粒子的偏角與粒子的q、m無關(guān)，僅決定于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場．即不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場后，它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角度總是相同的．(2)粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí)的偏距y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f（1，2）·eq\f(qU1,dm)·（eq\f（l，v0））2，作粒子速度的反向延長線，設(shè)交于O點(diǎn)，O點(diǎn)與電場邊緣的距離為x，則x＝eq\f（y,tanθ)＝eq\f(\f（qU1l2，2dmv\o\al(2,0)),\f(qU1l,mv\o\al（2，0）d))＝eq\f(l，2)④由④式可知，粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí)，就好像是從極板間的l/2處沿直線射出一樣．2．示波管的原理（1）如下圖所示為示波管的結(jié)構(gòu)圖．1．燈絲2．陰極3．控制極4．第一陽極5．第二陽極6．第三陽極7．豎直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)8．水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)9．熒光屏（2）原理：燈絲通電后給陰極加熱，使陰極發(fā)射電子．電子經(jīng)陽極和陰極間的電場加速聚集形成一個(gè)很細(xì)的電子束射出,電子打在管底和熒光屏上，形成一個(gè)小亮斑．亮斑在熒光屏上的位置可以通過調(diào)節(jié)豎直偏轉(zhuǎn)極與水平偏轉(zhuǎn)極上的電壓大小來控制．如果加在豎直極板上的電壓是隨時(shí)間正弦變化的信號,并在水平偏轉(zhuǎn)板上加上適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)電壓，熒光屏上就會(huì)顯示出一條正弦曲線．1．下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)過電壓為U的電場加速后,粒子速度最大的是（）．A．質(zhì)子（eq\o\al(1，1）H)B．氘核（eq\o\al(2,1)H）C．氦核（eq\o\al(4,2）He）D．鈉離子(Na＋）2．如圖所示為示波管中電子槍的原理示意圖，示波管內(nèi)被抽成真空，A為發(fā)射熱電子的陰極,K為接在高電勢點(diǎn)的加速陽極，A、K間電壓為U．電子離開陰極時(shí)的速度可以忽略．電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出的速度大小為v．下面的說法中正確的是（）．A．如果A、K間距離減半而電壓仍為U不變，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)?vB．如果A、K間距離減半而電壓仍為U不變,則電子離開K時(shí)的速度為eq\f(v,2）C．如果A、K間距離保持不變而電壓減半，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)閑q\f（v，2)D．如果A、K間距離保持不變而電壓減半，則電子離開K時(shí)的速度為eq\f(\r(2),2)v3．如圖所示，兩極板與電源相連接，電子從負(fù)極板邊緣垂直電場方向射入勻強(qiáng)電場，且恰好從正極板邊緣飛出，現(xiàn)在使電子射入速度變?yōu)樵瓉淼膬杀叮娮尤詮脑瓉砦恢蒙淙?，且仍從正極板邊緣飛出，則兩極板間距離應(yīng)變?yōu)樵瓉淼模ǎ瓵．2倍B．4倍C．eq\f(1,2)D．eq\f（1,4)4．兩平行金屬板間有勻強(qiáng)電場，不同的帶電粒子都以垂直于電場線方向飛入該電場,要使這些粒子經(jīng)過勻強(qiáng)電場后有相同大小的偏轉(zhuǎn)角，則它們應(yīng)具備的條件是（不計(jì)重力作用）(）．A．有相同的初動(dòng)能和相同的荷質(zhì)比B．有相同的初動(dòng)量和相同的荷質(zhì)比C．有相同的初速度和相同的荷質(zhì)比D．只要有相同的荷質(zhì)比就可以5．讓質(zhì)子和氘核的混合物沿與電場垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，要使它們最后的偏轉(zhuǎn)角相同，這些粒子進(jìn)入電場時(shí)必須具有相同的（）．A．初速度B．初動(dòng)能C．加速度D．無法確定提示：用最精煉的語言把你當(dāng)堂掌握的核心知識的精華部分和基本技能的要領(lǐng)部分寫下來并進(jìn)行識記．知識精華技能要領(lǐng)答案：活動(dòng)與探究1：答案：帶電粒子在電場力作用下不斷被加速．遷移與應(yīng)用1：C解析：由qU＝eq\f(1,2）mv2知v＝eq\r(\f（2qU,m))，v僅與U有關(guān)．活動(dòng)與探究2：答案：類平拋運(yùn)動(dòng)．遷移與應(yīng)用2：B解析:設(shè)帶電粒子經(jīng)U1加速后速度為v0，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場U2偏轉(zhuǎn)后射出時(shí)側(cè)向速度為vy．電子在加速電場中qU1＝eq\f(1，2)mveq\o\al(2,0)在偏轉(zhuǎn)電場中vy＝at＝eq\f(qU2，md)·eq\f(l，v0)所以偏轉(zhuǎn)角tanθ＝eq\f(vy，v0)＝eq\f(U2l,2U1d)顯然，要使θ變大，可使U1減小、U2增大，故只有B正確．當(dāng)堂檢測答案：1．A解析:由qU＝eq\f(1,2)mv2得v＝eq\r（\f(2qU,m）),所以荷質(zhì)比eq\f(q，m)越大的帶電粒子獲得的速度越大，故A正確．2．D解析：由動(dòng)能定理qU＝eq\f(1，2)mv2得v＝eq\r(\f（2qU，m)），帶電粒子的速度v與eq\r（U）成正比，與A、K間距離無關(guān),故D正確．3．C解析：第1次射入時(shí)初速度為v0,板間距為d，則有l(wèi)＝v0t，d＝eq\f(1，2）eq\f(qU，md)·t2可得d＝eq\r（\f(qUl2,2mv\o\al（2，0))),當(dāng)初速度v＝2v0時(shí)，d′＝eq\f(d,2），C項(xiàng)正確．4．C解析：設(shè)金屬板長為L，兩板間電壓為U，板間距為d，粒子進(jìn)入電場時(shí)速度為v，在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t＝eq\f（L，