2024-2025学年沪科选修3-1 2.5 探究电子束在示波管中的运动 学案.docx

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1、2.5探究电子束在示波管中的运动学习目标1 . 了解示波器的构造.2 .学会探究电子束在偏转电 极中的偏转，并视察带电油 滴在匀强电场中的偏转.3 .驾驭示波管中电子束加速 和偏转的运动规律，会运用 力学学问解决带电粒子在 电场中的加速和偏转问 题.（难点）知识脉络电子束在示波管中的运动电子束的偏转性质:类平抛偏转角tan =会，ZdU自主预习探新知1学问梳理1一、示波管的构造和原理1 .构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪（由放射电子的灯丝、加速电极组成）、偏转电极（由一对X偏转电极板和一对y偏转电极板组成）和荧光屏组成,如图2-5-1所示.图2-5-

2、12 .工作原理（1）偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏中心点形成一个亮斑.（2）仅在XX，（或）加电压：若所加电压稳定，则电子被加速,偏转后射到xx，（或yyr）所在直线上某一点，形成一个亮斑（不在中心），如图252所示.图252（3）示波管实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变更的波形图.二、电子束在示波管中的运动规律3 .电子束的加速设阴极金属丝释放出的电子初速度为委，则电子从电子枪阳微小孔射出的速度。0,可由动能定理计算.表达式为qU=J如3,解得vo=.4 .电子束的偏转(1)如图2-5-3所示，偏

3、转电极KT两极间的电场是匀强电场.图2-5-3电子在两极间受到一个大小和方向都不变的电场力的作用.电子束垂直进入偏转极板间将做歪上抛运动.电子经过极板的时间t：，=(；垂直于偏转极板方向偏移距离户yf2=界;垂直于偏转极板方向的分速度内：vy=at=j-2mU;离开偏转电场时的速度偏转角9：tan9=段=轰J.(3)电子离开偏转电极后的运动电子离开偏转电极后不再受电场力作用，电子做匀速直线运动.电子打在荧光屏上发生的偏移y=甯I).基础自测1.思索推断(正确的打“，错误的打X.)(1)示波管主要是由电子枪、偏转电极和荧光屏组成的.(J)(2)从电子枪中发出的电子只有在匀强电场中加速，才能应用动

4、能定理.(X)(3)带电粒子仅在电场力作用下运动时，动能肯定增加.(X)(4)带电粒子在电容器两板间加速时，若电压不变，增大板间距离时，并不变更粒子末速度大小，但变更运动时间.(J)(5)示波管偏转电极间的电场是匀强电场.(J)(6)示波管的荧光屏上显示的是电子的运动轨迹.(X)(7)电子枪的加速电压越大，电子束离开偏转电场时的偏转角越小.(J)【提示】(2)X电子在匀强电场和非匀强电场中加速，都可以应用动能定理.（3）电场力对电子做正功，电子动能才能增加.（6）示波管的荧光屏上显示的是电子打在荧光屏上的位置.2.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后，速度最大的是（）A.质子（IH）B.

5、气核（阻）C. 粒子0He）D.钠离子（Na*）a依据W=品画当U相同时，比荷越大，加速后的速度越大，故A正确.3.如图254所示，质子（IH）和（X粒子0He）,以相同的初动能垂直射入偏转电场（不计粒子重力），则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为（）【导学号：69682104图2-54A.4：1B.I：2C. 2 ： 1D. 1：4IEq匕 r 1 9 尸2 虎和反=产皿得:EL2q y=4Ek可知y与q成正比，B正确.4 .（多选）如图2-5-5所示，一带电小球以速度如水平射入接入电路中的平行板电容器中，并沿直线打在屏上。点，若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后，让带电小球再次从原位置

6、水平射入并能打在屏上，其他条件不变，两次相比较，则再次射入的带电小球（）图2-5-5A.将打在。点的下方8 .将打在。点的上方C.穿过平行板电容器的时间将增加D.到达屏上时的动能将增加AD由题意可知，要考虑小球的重力，第一种状况重力与电场力平衡；U不变，若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后，极板间的距离d变大，场强变小，电场力变小，重力与电场力的合力偏向下，带电小球将打在。点的下方.由于水平方向运动性质不变，故时间不变；而由于其次种状况合力做正功，小球的动能将增加.合作探究攻重难II考点1|带电粒子在电场中的加速1 .电场中的带电粒子的分类（1）带电的基本粒子如电子、质子、粒子、正离子、负离

7、子等，这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，除非有特殊的说明或明确的标示，一般都不考虑重力（但并不能忽视质量）.（2）带电微粒如带电小球、液滴、尘埃等，除非有特殊的说明或明确的标示，一般都要考虑重力.某些带电体是否考虑重力，要依据题目说明或运动状态来判定.2 .解决带电粒子在电场中加速时的基本思路卜例（多选）如图2-5-6所示，M、N是真空中的两块平行金属板，质量为机、电荷量为q的带电粒子，以初速度如由小孔进入电场，当M、N间电压为U1时，粒子恰好能到达N板，假如要使这个带电粒子到达M、N板间距的5后返回，下列措施中能满意要求的是（不计带电粒子的重力）（）图2-5-6A.使初速度减为原来的3倍

8、B.使M、N间电压加倍C.使M、N间电压增加到原来的4倍D.使初速度和M、N间的电压都减为原来的;倍思路点拨：带电粒子恰好到达N板，表明到达N板时速度减小为零.带电粒子到达M、N板间距;后返回，表明到达板间距3时速度减小为零.BD由gE=%zG,当次）变为乎）时/变为g;因为M=J,所以qEl=cl=mvif通过分析知B、D选项正确.针对训练1.如图2-5-7所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d,电势差为U,一质量为7（不计重力）、电荷量为一q的粒子，以速度。通过等势面M射入两等势面之间，此后穿过等势面N的速度大小应是（）图2-5-72.两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为

9、7、电荷量为e,从。点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图2-5-8所示，OA=h，此电子具有的初动能是（）【导学号：69682105图2-5-8A.jjB.edUhceUneUhJdhDdD由动能定理：一Fs=-%7。,所以一带电粒子在电场中的偏转1 .类平抛运动带电粒子以速度。垂直于电场线的方向射入匀强电场，受到恒定的与初速度方向垂直的电场力的作用而做匀变速曲线运动，称之为类平抛运动.可以采纳处理平抛运动方法分析这种运动.图2592 .运动规律(1)沿初速度方向：Vx=VOfL=oof(初速度方向).(2)垂直初速度方向：vy=atfy=52(电场线方向，其中。=誓=用)3

10、 .两个结论偏转距离：(2)偏转角度：tan篇4 .两个推论(1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向反向延长线与初速度方向延长线交于一点，此点平分沿初速度方向的位移.(2)位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转角正切的看即tan=tan.卜例同如图2.510所示，两个板长均为L的平板电极，平行正对放置，两极板相距为4极板之间的电势差为U,板间电场可以认为是匀强电场.一个带电粒子(质量为tnf电荷量为+夕)从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板边缘.忽视重力和空气阻力的影响.求：图2-5-10(1)极板间的电场强度E的大小；(2)该粒子的初速度w的大小

11、；(3)该粒子落到下极板时的末动能Ek的大小.思路点拨：极板间的电场强度可以依据匀强电场中电势差和电场强度的关系来计算.粒子在极板间做类平抛运动，粒子的初速度可以用类平抛运动的规律求解.粒子落到下极板时的动能可以依据动能定理求解.【解析】(1)两极板间的电压为u,两极板的距离为d,所以电场强度大小为七=%（2）带电粒子在极板间做类平抛运动，在水平方向上有L=Vot在竖直方向上有d=ai2依据牛顿其次定律可得：a=R,而F=Eq依据动能定理可得Uq=Ek-mvi解得Ek=g（l+引.【答案】（1）7（2乐卷M+修）确定粒子经偏转电场后的动能（或速度）的两种方法方法1：动能定理：qEy=mv23.

12、如图2-5-11所示，一电子枪放射出的电子（初速度很小，可视为零）进入加速电场加速后，垂直射入偏转电场，射出后偏转位移为y,要使偏转位移增大,下列哪些措施是可行的（不考虑电子射出时遇到偏转电极板的状况）（）【导学号：69682106图2-5-11A.增大偏转电压UB.增大加速电压UOC.增大偏转极板间距离D.将放射电子改成放射负离子A设偏转电极板长为/,极板间距为d,由gU。=呼就=m,y=2苏=怖而Ul2R得偏转位移y=而盘，增大偏转电压U,减小加速电压Uo,减小偏转极板间U(I距离，都可使偏转位移增大，选项A正确，B、C错误；由于偏转位移大小y=布得与粒子质量和带电量无关，故将放射电子改成

13、放射负离子，偏转位移大小不变，选项D错误.4.如图2-5-12所示，一束电子从静止起先经U,=5000V的电场加速后，从水平放置的一对平行金属板正中间水平射入偏转电场中，若金属极板长L=0.05m,两极板间距d=0.02m,求两板间至少要加多大的电压U才能使电子不飞出电场？图2-5-12【解析】在加速电场中，依据动能定理得：qU,=mvi0电子进入偏转电场，因七，。，故电子做类平抛运动，水平方向：S=VOt竖直方向：y=WaF=半J22md由题意，电子恰不飞出电场，则有s=L,V由此解得：L=-p-=1.6103V.【答案】1.6X103V当堂达标固双基1 .质子(1H)、粒子GHe)、钠离子

14、(Na*)三个粒子分别从静止状态经过电压为U的同一电场加速后，获得动能最大的是()A.质子(IH)B.粒子He)C.钠离子(Na+)D.都相同B由动能定理得：qU=nv2t所以带电粒子电荷量越大，获得的动能越大，故B正确.2 .如图2-5-13所示，在尸板旁边有一电子由静止起先向。板运动，则关于电子到达Q板时的速度，下列说法正确的是（）【导学号：69682107图2-5-13A.两板间距离越大，加速的时间就越长，获得的速度就越大B.两板间距离越小，加速度就越大，获得的速度就越大C.与两板间距离无关，仅与加速电压有关D.以上说法均不正确C电子由尸到。的过程中，静电力做功，依据动能定理eU=；?/

15、,得V=传，速度大小与U有关，与两板间距离无关.3 .如图2-5-14所示，有一带电粒子（不计重力）贴着A板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U时，带电粒子沿轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为S时，带电粒子沿轨迹落到5板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为（图2-5-14A.Ul : S=I ： 8B. Ui : S=I : 4C.Ul : S=I ： 2D. U : (/2=1 : 1设带电粒子的质量为m,带电荷量为q, A、5板的长度为L,板间距离为d.则:解以上两式得S：S=I：8,A正确.4 .如图2515所示为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出（初速度可忽视不计），经灯丝与A