高二物理人教選修31課件第1章第9節(jié)第2課時(shí)示波管的原理帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、第一章靜電場(chǎng),第2課時(shí)示波管的原理 帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),1了解示波管的工作原理，體會(huì)靜電場(chǎng)知識(shí)在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用 2會(huì)綜合利用力和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)與功和能的觀點(diǎn)分析帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),要點(diǎn)一示波管 1示波管的構(gòu)造 示波器是可以用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化情況的一種電子儀器，其核心部分是示波管，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成(如圖所示)，管內(nèi)抽成真空,各部分作用為： (1)電子槍：發(fā)射并加速電子； (2)豎直偏轉(zhuǎn)電極：使電子束豎直偏轉(zhuǎn)(加信號(hào)電壓)； (3)水平偏轉(zhuǎn)電極：使電子束水平偏轉(zhuǎn)(加掃描電壓)； (4)熒光屏：顯示圖象,2示波管的管理 示波器的基本原理是帶電粒子在電場(chǎng)力作用下的加速和偏轉(zhuǎn) (

2、1)偏轉(zhuǎn)電極不加電壓：從電子槍射出的電子將沿直線運(yùn)動(dòng)，射到熒光屏的中心點(diǎn)形成一個(gè)亮斑,(3)示波管實(shí)際工作時(shí)，豎直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板都加上電壓，一般加在豎直偏轉(zhuǎn)板上的電壓是要研究的信號(hào)電壓，加在水平偏轉(zhuǎn)板上的是掃描電壓，若兩者周期相同，在熒光屏上就會(huì)顯示出信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形圖,要點(diǎn)二帶電體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1當(dāng)帶電物體的重力不能忽略時(shí)，帶電物體就處在電場(chǎng)、重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中，處理相關(guān)問(wèn)題時(shí)要注意電場(chǎng)力和重力的影響 2相關(guān)問(wèn)題及處理方法 (1)帶電小球(液滴、塵埃、微粒)在電場(chǎng)中處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，必滿足F電mg0. (2)帶電物體沿某一方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，可通過(guò)分析其

3、受力，畫(huà)出受力圖，將力分解，由牛頓定律列出方程，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行有關(guān)解答,(3)若帶電物體的初速度方向與合加速度方向不同，則做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，可采用將運(yùn)動(dòng)分解，運(yùn)用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分別列方程求解；也可根據(jù)動(dòng)能定理、能量守恒定律列方程求解，后者更簡(jiǎn)捷一些 (4)用細(xì)繩拴一帶電小球在豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中給其一初速度，當(dāng)mgF電0時(shí)，小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繩子拉力充當(dāng)向心力，可由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)分析解答,3整體運(yùn)用功能關(guān)系法 首先對(duì)帶電體受力分析，再分析運(yùn)動(dòng)形式，然后根據(jù)具體情況選用公式計(jì)算 (1)若選用動(dòng)能定理，則要分清有多少個(gè)力做功，是恒力功還是變力功，同時(shí)要明確初、末狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能的增量

4、 (2)若選用能量守恒定律，則要分清帶電體在運(yùn)動(dòng)中共有多少種能量參與轉(zhuǎn)化，哪些能量是增加的，哪些能量是減少的，表達(dá)式有幾種,初狀態(tài)和末狀態(tài)的能量相等，即E初E末 增加能量的總和等于減少能量的總和，即E增E減 這種方法不僅適用于勻變速運(yùn)動(dòng)，對(duì)非勻變速運(yùn)動(dòng)(非勻強(qiáng)電場(chǎng)中)也同樣適用,真空中有一均勻電場(chǎng)，方向沿x軸正方向，若質(zhì)量為m、電荷量為q的一帶電粒子從O點(diǎn)以初速度v0沿y軸正方向進(jìn)入電場(chǎng)，經(jīng)t時(shí)間到達(dá)A點(diǎn)，此時(shí)速度大小也為v0，方向沿x軸正方向，如圖所示求：,(1)從O點(diǎn)到A點(diǎn)的時(shí)間t； (2)該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E及OA連線與x軸的夾角； (3)若設(shè)O點(diǎn)為零勢(shì)點(diǎn)，則A點(diǎn)電勢(shì)為多大,【方法總結(jié)

5、】 分析帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)： (1)做好受力分析根據(jù)題設(shè)條件判斷重力是否可以忽略 (2)做好運(yùn)動(dòng)分析要明確帶電體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)及運(yùn)動(dòng)軌跡等 (3)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解,如圖所示，在真空室中有兩個(gè)水平的金屬板，板間的距離為h.有一質(zhì)量為m的小油滴，帶電荷量為q，自上極板的下表面處由靜止開(kāi)始自由下落，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到兩極板間距離的中點(diǎn)時(shí)，給兩極板加電壓U，使電荷受到向上的力當(dāng)電壓等于多大時(shí)，才能使小油滴在剛好接近下極板時(shí)，開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)？,變式訓(xùn)練 1-1,(1)a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)； (2)取O點(diǎn)電勢(shì)為零，a點(diǎn)電勢(shì)a為多大？電荷q具有的電勢(shì)能為多大？,【方

6、法總結(jié)】 帶電的物體在電場(chǎng)中具有一定的電勢(shì)能，同時(shí)還可能具有動(dòng)能和重力勢(shì)能等機(jī)械能，用能量觀點(diǎn)處理問(wèn)題是一種簡(jiǎn)捷的方法，處理有關(guān)能量的問(wèn)題要注意以下幾點(diǎn)： (1)只要外力做功不為零，物體的動(dòng)能就要改變(動(dòng)能定理) (2)重力只要做功，物體的重力勢(shì)能就要改變，且重力的功等于重力勢(shì)能的減少量，WGEp1Ep2.如果只有重力做功，物體動(dòng)能和重力勢(shì)能之和不變(機(jī)械能守恒),(3)靜電力只要做功，物體的電勢(shì)能就要改變，且靜電力的功等于電勢(shì)能的減少量，W電Ep1Ep2.如果只有靜電力做功，物體的動(dòng)能和電勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)化，總量不變(類似機(jī)械能守恒) (4)如果除了重力和靜電力之外，無(wú)其他力做功，則物體的動(dòng)能

7、、重力勢(shì)能和電勢(shì)能三者之和不變,(2015浙江模擬)如圖所示，真空中存在一個(gè)水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E，一根不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)線長(zhǎng)度為l，細(xì)線一端拴一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電小球，另一端固定在O點(diǎn)把小球拉到使細(xì)線水平的位置A處，由靜止釋放，小球沿弧線運(yùn)動(dòng)到細(xì)線與水平方向成60角的位置B時(shí)速度為零以下說(shuō)法中正確的是(),變式訓(xùn)練 2-1,答案：D,一帶電量為Q的點(diǎn)電荷固定在真空中，形成的電場(chǎng)如圖所示現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電微粒，在此點(diǎn)電荷附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為T.微粒的重力不能忽略，求： (1)微粒所帶電荷的種類； (2)點(diǎn)電荷Q與微粒運(yùn)動(dòng)軌跡所在平面的距離,【方法總結(jié)】 解決此類問(wèn)題

8、與力學(xué)中研究物體做圓周運(yùn)動(dòng)相似，只不過(guò)多了一個(gè)電場(chǎng)力，應(yīng)注意分析帶電體是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是做變速圓周運(yùn)動(dòng)，還要注意圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問(wèn)題,如圖所示，用細(xì)線拴一帶負(fù)電的小球，小球處在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，則(),變式訓(xùn)練 3-1,解析：若小球受到的電場(chǎng)力與重力相等時(shí)，小球可做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；若電場(chǎng)力小于重力，則小球速度最小的位置在最高點(diǎn)；若電場(chǎng)力大于重力，則小球速度最小的位置在最低點(diǎn)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做負(fù)功最多，故其電勢(shì)能最大 答案：D,1(2014廣州一模)如圖所示的陰極射線管，無(wú)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，電子束加速后打到熒屏中央形成亮斑如果只逐漸增大M1M2之間的電勢(shì)差，

9、則(),A在熒屏上的亮斑向上移動(dòng) B在熒屏上的亮斑向下移動(dòng) C偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)對(duì)電子做的功增大 D偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度減小,答案：AC,2(2015資陽(yáng)模擬)一帶負(fù)電小球，在從空中a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中，受重力、空氣阻力和靜電力作用，重力對(duì)小球做功3.5 J，小球克服空氣阻力做功0.5 J，靜電力對(duì)小球做功1 J，則下列說(shuō)法正確的是() A小球在a點(diǎn)的重力勢(shì)能比在b點(diǎn)小3.5 J B小球在a點(diǎn)的機(jī)械能比在b點(diǎn)小0.5 J C小球在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)少1 J D小球在a點(diǎn)的動(dòng)能比在b點(diǎn)多4 J,解析：根據(jù)功能關(guān)系可知，重力對(duì)小球做功3.5 J，重力勢(shì)能減少3.5 J，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；除重力以外，小球克服空氣

10、阻力做功0.5 J，靜電力對(duì)小球做功1 J，機(jī)械能增加0.5 J，B選項(xiàng)正確；靜電力做功1 J，電勢(shì)能減少1 J，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；合外力做功4 J，動(dòng)能增加4 J，D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案：B,3(2014東營(yíng)二模)如圖所示，水平固定的矩形金屬板A帶電量為Q，電勢(shì)為零，從金屬板中心O處釋放一質(zhì)量為m、帶電量為q的小球，由于電場(chǎng)力的作用，小球豎直上升的最大高度可達(dá)金屬板中心豎直線上的C點(diǎn)，已知OCh，重力加速度為g，又知道小球過(guò)豎直線上B點(diǎn)時(shí)的速度最大，由此可確定Q所形成的電場(chǎng)中的物理量是() AB點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) BC點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) CB點(diǎn)的電勢(shì) DC點(diǎn)的電勢(shì),解析：小球受到向下的重力和向上的電場(chǎng)力，小球在B點(diǎn)速度最大，加速度為零，即mgqE，可以確定B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，故A選項(xiàng)正確；小球從O向C運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，mghqUOC0，其中CUCOUOC，即可以確定C點(diǎn)的電勢(shì)，故D選項(xiàng)正確 答案：AD,4如圖所示，在水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一條不可伸長(zhǎng)的長(zhǎng)為l的不導(dǎo)電細(xì)線，其一端連著一個(gè)質(zhì)量為m的帶電小球，另一端固定于O點(diǎn)，把小球拉起直至細(xì)線與場(chǎng)強(qiáng)方向平行，然后無(wú)初速度釋放，已知小球擺到最低點(diǎn)B時(shí)的速度大小為v，擺到最低點(diǎn)的另一側(cè)C時(shí)速度為零，細(xì)線與豎直方向最大夾角為(90)，求：,(1)從釋放點(diǎn)到最低點(diǎn)的過(guò)程中，靜