第五節(jié)勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系示波管原理

1、第五節(jié)勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系示波管原理南溪一中 王聰學習目標1 1、理解勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系理解勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系UABEd，并且能夠推導(dǎo)出這個關(guān)系式，并且能夠推導(dǎo)出這個關(guān)系式2 2、會用關(guān)系式會用關(guān)系式UABEd或或EUAB /d進行有關(guān)進行有關(guān)的計算的計算3 3、理解示波管的構(gòu)造及工作原理，能夠處理理解示波管的構(gòu)造及工作原理，能夠處理帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題4 4、勻強電場中、勻強電場中 的應(yīng)用和示波管原理的的應(yīng)用和示波管原理的理解理解南溪一中dUE 理論探究以勻強電場為例研究電勢差和電場強度的關(guān)系1 1沿電場線方

2、向電勢的變化沿電場線方向電勢的變化南溪一中dEqWABqUWABABdUEAB0ABW0ABUBA則結(jié)論:沿電場線的方向電勢越來越低電勢降低的方向一定是電場方向嗎？2 2沿沿垂直垂直電場線方向電勢的變化電場線方向電勢的變化南溪一中CD0ABWqUWABABBA則結(jié)論:與電場線垂直的同一根線上電勢相等想一想1 1在勻強電場中在勻強電場中, ,兩點間的電勢差等于兩點間的電勢差等于 與與這兩點間沿這兩點間沿 方向的距離的方向的距離的 , ,場強場強的大小等于沿的大小等于沿 每每 距離上距離上的的 , ,沿電場線的方向電勢沿電場線的方向電勢 . .場強一、勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系一、勻強電場中

3、電勢差與電場強度的關(guān)系電場線乘積場強方向單位電勢差越來越低4 4場強的另一個單位場強的另一個單位:_:_，符號，符號_._.1N/C1N/C1V/m.1V/m.2 2表達式：表達式： . .dUEAB3 3物理意義物理意義: :電場強度的大小等于電場強度的大小等于_每單位距離上的每單位距離上的_；沿電場線的方向電勢；沿電場線的方向電勢越來越越來越_V/m沿場強方向電勢差低伏特每米二、二、示波管原理示波管原理觀察思考陰極射線的偏轉(zhuǎn) 顯現(xiàn)光斑或圖形顯現(xiàn)光斑或圖形 使電子束在豎直方向偏轉(zhuǎn)使電子束在豎直方向偏轉(zhuǎn) 發(fā)射并加速電子發(fā)射并加速電子(1)(1)電子槍：電子槍：1 1陰極射線管的構(gòu)造陰極射線管的

4、構(gòu)造(2)(2)偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極：(3)(3)熒光屏：熒光屏：2 2電子在陰極射線管中的運動電子在陰極射線管中的運動電子在陰極射線管中的運動可分為三個階段電子在陰極射線管中的運動可分為三個階段. .(1)(1)電子在陰、陽極間的電場中做電子在陰、陽極間的電場中做 . .(2)(2)電子在偏轉(zhuǎn)電極間的勻強電場中做電子在偏轉(zhuǎn)電極間的勻強電場中做 . . 類似于重力場中的類似于重力場中的 . .(3)(3)電子飛出金屬板后做電子飛出金屬板后做 . .加速運動勻變速曲線運動平拋運動勻速直線運動示波器中的陰極射線管有水平和豎直兩個方向上的兩對偏轉(zhuǎn)電極三、三、實驗觀察：帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)示實驗觀察：帶

5、電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)示3 3示波管的工作原理示波管的工作原理1構(gòu)造及功能構(gòu)造及功能 (1)電子槍：發(fā)射并加速電子電子槍：發(fā)射并加速電子(2)偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極YY:使電子束豎直偏轉(zhuǎn)使電子束豎直偏轉(zhuǎn)(加信號電壓加信號電壓) 偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極XX:使電子束水平偏轉(zhuǎn)使電子束水平偏轉(zhuǎn)(加掃描電壓加掃描電壓)(3)熒光屏：熒光屏：顯現(xiàn)光斑或圖形顯現(xiàn)光斑或圖形2 2工作原理工作原理實驗室里的示波管與上面陰極射線管的原理是一實驗室里的示波管與上面陰極射線管的原理是一樣的樣的, ,只不過多了一對只不過多了一對 電極電極, ,使用時將要使用時將要觀察的觀察的 加在偏轉(zhuǎn)電極加在偏轉(zhuǎn)電極 上上, , 電電壓壓( (一

6、般是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓一般是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓) )加在上加在上, , 這時在熒光屏上就會顯示出加在這時在熒光屏上就會顯示出加在 上的上的 隨隨 變化的圖形變化的圖形. .水平偏轉(zhuǎn)信號電壓YY掃描XXYY電壓時間想一想電子在電子槍中的運動是勻加速直線運動嗎？3 3對示波管原理的定量研究對示波管原理的定量研究(1)(1)帶電粒子的加速帶電粒子的加速電子加速原理電子離開電子槍時的初速度電子離開電子槍時的初速度為零，經(jīng)過電勢差為為零，經(jīng)過電勢差為U1的電的電場加速后，由動能定理得：場加速后，由動能定理得：20121mveU meUv102結(jié)論：電子加速后的速度v0受加速電壓的調(diào)節(jié)，U

7、1越大， v0越大.20212121mvmveU想一想若電子以與電場線平行的初速度v0進入勻強電場，帶電粒子做直線運動，則電子經(jīng)過電場加速后的速度v為多少?由動能定理得：由動能定理得：運動狀態(tài)分析運動狀態(tài)分析電子以速度電子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強電場時，垂直于電場線方向飛入勻強電場時，受到恒定的與初速度方向成受到恒定的與初速度方向成9090角的靜電力作用角的靜電力作用而做而做 . .(2)(2)電子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)電子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)勻變速曲線運動偏轉(zhuǎn)問題的處理方法：偏轉(zhuǎn)問題的處理方法：將電子的運動沿初速度方向和電場方向進行分解將電子的運動沿初速度方向和電場方向進行分解沿初速度方

8、向的分運動為沿初速度方向的分運動為 ，滿足滿足 .沿電場方向的分運動為沿電場方向的分運動為v0=0的的 ， ，離開電場時的偏轉(zhuǎn)量離開電場時的偏轉(zhuǎn)量: :離開電場時的偏轉(zhuǎn)角為離開電場時的偏轉(zhuǎn)角為 ，則，則: : = =勻速直線運動Lv0t勻加速直線運動amFmEqdmUq221atytan 電子飛出偏轉(zhuǎn)電場后，不再受電子飛出偏轉(zhuǎn)電場后，不再受 作用，保作用，保持偏轉(zhuǎn)角不變做持偏轉(zhuǎn)角不變做 ，打在，打在 上上，顯出，顯出 (3)(3)電子飛出平行金屬板后做勻速直線運動電子飛出平行金屬板后做勻速直線運動電場力勻速直線運動熒光屏亮斑(4)(4)運動規(guī)律總結(jié)運動規(guī)律總結(jié)(5)(5)幾個推論幾個推論 (1

9、)(1)粒子射出偏轉(zhuǎn)電場時好像從板長粒子射出偏轉(zhuǎn)電場時好像從板長l的的1 1/2 2處沿直處沿直線射出，根據(jù)線射出，根據(jù)y/tanl/2. (2)(2)位移方向與初速度方向間夾角的正切為速度偏位移方向與初速度方向間夾角的正切為速度偏轉(zhuǎn)角正切的轉(zhuǎn)角正切的1 1/2 2，根據(jù)，根據(jù)tantan/2. (3)(3)若幾種不同的帶電粒子經(jīng)同一電場加速之后再若幾種不同的帶電粒子經(jīng)同一電場加速之后再進入同一個偏轉(zhuǎn)電場，粒子的側(cè)移位移、偏轉(zhuǎn)角進入同一個偏轉(zhuǎn)電場，粒子的側(cè)移位移、偏轉(zhuǎn)角與粒子的與粒子的q、m 無關(guān)，僅取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電無關(guān)，僅取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場根據(jù)場根據(jù) ， . .其中其中U1為加速

10、電為加速電場的電壓，場的電壓，U2為偏轉(zhuǎn)電場的電壓為偏轉(zhuǎn)電場的電壓場場強強、電電勢勢差差兩兩者者比比較較關(guān)于場強關(guān)于場強E的幾個表達式的幾個表達式公式公式適用范圍適用范圍說明說明EF/q任何電場任何電場定義式，定義式，q為試探電荷的電為試探電荷的電荷量荷量EkQ/r2真空中點電荷真空中點電荷的電場的電場Q為場源電荷的電量，為場源電荷的電量，E表表示跟點電荷相距示跟點電荷相距r處的某點處的某點的場強的場強EU/d勻強電場勻強電場U為沿電場線方向上相距為為沿電場線方向上相距為d的兩點間的電勢差的兩點間的電勢差1 1、如圖所示是一個勻強電場的等勢面，每兩個相、如圖所示是一個勻強電場的等勢面，每兩個相

11、鄰等勢面相距鄰等勢面相距2cm2cm，由此可以確定電場強度的方，由此可以確定電場強度的方向和數(shù)值是向和數(shù)值是( () )B南溪一中課堂練習：A豎直向下，豎直向下，E100 V/mB水平向左，水平向左，E100 V/mC水平向左，水平向左，E200 V/mD水平向右，水平向右，E200 V/m2、如圖所示，實線為電場線，虛線為等勢線，且、如圖所示，實線為電場線，虛線為等勢線，且ABBC，電場中的，電場中的A、B、C三點的場強分別為三點的場強分別為EA、EB、EC，電勢分別為，電勢分別為A、B、C，AB、BC間的間的電勢差分別為電勢差分別為UAB、UBC，則下列關(guān)系中正確的有，則下列關(guān)系中正確的有

12、( )AABCBECEBEACUABUBCDUABUBCABC南溪一中課堂練習：3、如圖所示、如圖所示,實線表示電場線，虛線表示等勢線，實線表示電場線，虛線表示等勢線，a、b兩點的電勢分別為兩點的電勢分別為a50 V，b20 V，則則a、b連線的中點連線的中點c的電勢的電勢c應(yīng)為應(yīng)為( )南溪一中課堂練習：Ac35 VBc35 VCc35 VD無法判斷無法判斷 B南溪一中課堂練習：4 4、下列粒子從靜止狀態(tài)經(jīng)過電壓為、下列粒子從靜止狀態(tài)經(jīng)過電壓為UU的電場加速的電場加速后速度最大的是后速度最大的是( () )AH11H31He42H215 5、如圖所示，兩金屬板與電源相連接，電子從負、如圖所示

13、，兩金屬板與電源相連接，電子從負極板邊緣垂直電場方向射入勻強電場，且恰好從極板邊緣垂直電場方向射入勻強電場，且恰好從正極板邊緣飛出現(xiàn)在使電子入射速度變?yōu)樵瓉碚龢O板邊緣飛出現(xiàn)在使電子入射速度變?yōu)樵瓉淼膬杀兜膬杀? ,而電子仍從原位置射入，且仍從正極邊緣而電子仍從原位置射入，且仍從正極邊緣飛出，則兩極板的間距應(yīng)變?yōu)樵瓉淼娘w出，則兩極板的間距應(yīng)變?yōu)樵瓉淼? () )C南溪一中課堂練習：6、平行的帶電金屬板平行的帶電金屬板A、B間是勻強電場，如圖所間是勻強電場，如圖所示，兩板間距離是示，兩板間距離是5 cm，兩板間的電壓是，兩板間的電壓是60 V試問：試問：(1)兩板間的場強是多大？兩板間的場強是多大

14、？南溪一中課堂練習：(2)電場中有電場中有P1和和P2兩點，兩點，P1點離點離A板板0.5 cm，P2點點離離B板也是板也是0.5 cm,P1和和P2兩點間的電勢差為多大？兩點間的電勢差為多大？【答案【答案】(1)1200 V/m (2)48 V(3)54 V6 V(3)若若B板接地，板接地，P1和和P2兩點的電勢各是多大？兩點的電勢各是多大？7、在勻強電場中，將一電荷量為在勻強電場中，將一電荷量為2105 C的負電的負電荷由荷由A點移到點移到B點，其電勢能增加了點，其電勢能增加了0.1 J，已知，已知A、B兩點間距為兩點間距為2 cm，兩點連線與電場方向成，兩點連線與電場方向成60角如圖所示

15、則：角如圖所示則：南溪一中課堂練習：(1)在電荷由在電荷由A移到移到B的過程中，電場力做了多少功？的過程中，電場力做了多少功？(2)A、B兩點間的電勢差為多少？兩點間的電勢差為多少？(3)該勻強電場的電場強度為多大？該勻強電場的電場強度為多大？【答案】【答案】(1)0.1 J (2)5103 V (3)5105 V/m8、如圖所示是勻強電場中的一組等勢面，若、如圖所示是勻強電場中的一組等勢面，若A、B、C、D相鄰兩點間距離為相鄰兩點間距離為2cm，A和和P點間的距離點間的距離為為1.5cm，則該電場的場強，則該電場的場強E和和P點的電勢點的電勢P分別為分別為多大？多大？南溪一中課堂練習：【答案

16、【答案】9、一束電子流在經(jīng)、一束電子流在經(jīng)U5000 V的加速電場加速后的加速電場加速后，在距兩極板等距處垂直進入平行板間的勻強電，在距兩極板等距處垂直進入平行板間的勻強電場，如圖所示若兩板間距離場，如圖所示若兩板間距離d1.0 cm，板長，板長l5.0 cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個極板上最大能加多大電壓？極板上最大能加多大電壓？南溪一中課堂練習：10、如圖所示是示波管的原理示意圖電子從燈絲發(fā)射出如圖所示是示波管的原理示意圖電子從燈絲發(fā)射出來經(jīng)電壓為來經(jīng)電壓為U1的電場加速后，通過加速極板的電場加速后，通過加速極板A上的小孔上的小孔O1射出，沿中心線射出，沿中心線O1O2進入進入M、N間的偏轉(zhuǎn)電場，間的偏轉(zhuǎn)電場，O1O2與偏與偏轉(zhuǎn)電場方向垂直，偏轉(zhuǎn)電場的電壓為轉(zhuǎn)電場方向垂直，偏轉(zhuǎn)電場的電壓為U2，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場的，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場的右右端端P1 點離開偏轉(zhuǎn)電場點離開偏轉(zhuǎn)電場,然后打在垂直然后打在垂直O(jiān)1O2放置的熒光屏放置的熒光屏上的上的P2點已知平行金屬極板點已知平行金屬極板M、N間距離為間距離為d ，極板長，極板長度為度為L ，極板的右端與熒光屏之間的距離為，極板的右端與熒光屏之間的距離為L,不計電子之不計電子之間的相互作用力及其所受的重力，且電子離開燈絲時的初間的相互作用力及其所