高中物理第2章電場與示波器探究電子束在示波管中的運動學(xué)案滬科版選修3-1-在線瀏覽
2025-01-22 23:12本頁面
【正文】 速度相同，則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為 ( ) 圖 6 A． U1∶ U2＝ 1∶ 8 B． U1∶ U2＝ 1∶ 4 C． U1∶ U2＝ 1∶ 2 D． U1∶ U2＝ 1∶ 1 答案 A 解析 由 y＝ 12at2＝ 12 學(xué)案 7 探究電子束在示波管中的運動 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 ] .造和工作原理． 一、示波管的原理 1．示波管的構(gòu)造：示波管是一個真空電子管，主要由三部分組成，分別是：電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏． 2．示波管的基本原理：電子在加速電場中被加速，在偏轉(zhuǎn)電場中被偏轉(zhuǎn)． 二、電子在電子槍中的運動 1．運動狀態(tài)分析 電子沿與電場線平行的方向進入勻強電場，受到的電場力與運動方向在同一直線上，做加速直線運 動． 2．處理方法： (1)勻強電場可以根據(jù)電子受到的電場力，用牛頓第二定律求出加速度，結(jié)合運動學(xué)公式確定電子的速度、位移等． (2)無論是勻強電場還是非勻強電場，均可用動能定理分析，即 qU＝ ΔEk＝ 12mv2－ 0. 3．電子在偏轉(zhuǎn)電極中的運動 (1)運動狀態(tài)分析 電子以速度 v0 垂直于電場線方向飛入勻強電場時做勻變速曲線運動． (2)偏轉(zhuǎn)問題的處理方法：運動的合成與分解，即可將電子的運動分解為初速度方向的勻速直線運動和沿電場力方向的初速度為零的勻加速直線運動 . 一、帶電粒子的加速 [問題設(shè)計 ] 如圖 1 所示，在真空中有一對平行金屬板，由于接在電池組上而帶電，兩板間的電勢差為 m、帶正電荷量 q 的 α粒子，在電場力的作用下由靜止開始從正極板向負(fù)極板運動，板間距為 d. 圖 1 (1)帶電粒子在電場中受哪些力作用？重力能否忽略不計？ (2)粒子在電場中做何種運動？ (3)計算粒子到達負(fù)極板時的速度？ 答案 (1)受重力和電場力；因重力遠小于電場力，故可以忽略重力． (2)做初速 度為 0、加速度為 a＝ qUdm的勻加速直線運動． (3)方法一：在帶電粒子運動的過程中，電場力對它做的功是 W＝ qU 設(shè)帶電粒子到達負(fù)極板時的速率為 v，其動能可以寫為 Ek＝ 12mv2 由動能定理可知 12mv2＝ qU 于是求出 v＝ 2qUm 方法二：設(shè)粒子到達負(fù)極板時所用時間為 t，則 d＝ 12at2 v＝ at a＝ Uqdm 聯(lián)立解得 v＝ 2qUm [要點提煉 ] 1．電子、質(zhì)子、 α 粒子、離子等微觀粒子，它們的重力遠小于電場力，處理問題時可以忽略它們的重力．帶電小球、帶電油滴、帶電顆粒等，質(zhì)量較大，處理問題時重力不能忽略． 2．帶電粒子僅在電場力作用下加速，若初速度為零，則 qU＝ 12mv2；若初速度不為零，則qU＝ 12mv2－ 12mv20. [延伸思考 ] 若是非勻強電場，如何求末速度？ 答案 由動能定理得 qU＝ 12mv2，故 v＝ 2qUm . 二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn) [問題設(shè)計 ] 如圖 2 所示，電子經(jīng)電子槍陰極與陽極之間電場的加速，然后進入偏轉(zhuǎn)電極 YY′之間． (1)若已知電子電量為 q，質(zhì)量為 m，偏轉(zhuǎn)板的長度為 l，兩板距離為 d，偏轉(zhuǎn)電極間電壓為U′，電子進入偏轉(zhuǎn)電場時的初速度為 v0. 圖 2 ① 電子在偏轉(zhuǎn)電場中做什么運動？ ② 求電子在偏轉(zhuǎn)電場中運動的時間和加速度． ③ 求電子離開電場時，速度方向與初速度方向夾角 φ的正切值． ④ 求電子在偏轉(zhuǎn)電場中沿電場方向的偏移量 y. (2)若已知加速電場的電壓 為 U，請進一步表示 tan φ和 y? (3)如果再已知偏轉(zhuǎn)電極 YY′與熒光屏的距離為 L，則電子打在熒光屏上的亮斑在垂直于極板方向上的偏移量 y′是多大？ 答案 (1)① 電子受電場力作用，其方向和初速度 v0 方向垂直，所以電子水平方向做勻速直線運動，豎直方向做勻加速直線運動，其實際運動類似于平拋運動． ② 由 l＝ v0t
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