（人教版）选修3-1物理 1.9《第2课时-示波管的原理、带电体在电场中的运动》课件

（人教版）选修3-1物理 1.9《第2课时-示波管的原理、带电体在电场中的运动》课件内容摘要：

1、第 2课时 示波管的原理 带电体在电场中的运动 1 了解示波管的工作原理 ， 体会静电场知识在科学技术中的应用 2 会综合利用力和运动的观点与功和能的观点分析带电体在电场中的运动 要点一 示波管 1 示波管的构造 示波器是可以用来观察电信号随时间变化情况的一种电子仪器 ， 其核心部分是示波管 ， 它由电子枪 、 偏转电极和荧光屏组成 (如图所示 )， 管内抽成真空 各部分作用为： (1)电子枪：发射并加速电子； (2)竖直偏转电极：使电子束竖直偏转 (加信号电压 )； (3)水平偏转电极：使电子束水平偏转 (加扫描电压 )； (4)荧光屏：显示图象 2 示波管的管理 示波器的基本原理是带电粒子 2、在电场力作用下的加速和偏转 (1)偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动 ， 射到荧光屏的中心点形成一个亮斑 (2) 仅在 ( 或 ) 加电压，若所加电压稳定，则电子流被加速、偏转后射到 ( 或 ) 所在直线上某一点，形成 一个亮斑 ( 不在中心 ) 在图中，设加速电压为 子电荷量为 e ，质量为 m ，由 W 2m 在电场中的侧移 y 12中 d 为两板的间距 水平方向 t L / y y L L L L 为偏转电场左侧到光屏的距离 ) (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 ， 一般加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压 ， 加在水平偏转板上的是扫描电压 3、， 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化的波形图 要点二 带电体在复合场中的运动 1 当带电物体的重力不能忽略时 ， 带电物体就处在电场 、 重力场的复合场中 ， 处理相关问题时要注意电场力和重力的影响 2 相关问题及处理方法 (1)带电小球 (液滴 、 尘埃 、 微粒 )在电场中处于平衡状态 (静止或匀速直线运动状态 )， 必满足 0. (2)带电物体沿某一方向做匀加速直线运动 ， 可通过分析其受力 ， 画出受力图 ， 将力分解 ， 由牛顿定律列出方程 ， 结合运动学公式进行有关解答 (3)若带电物体的初速度方向与合加速度方向不同 ，则做匀变速曲线运动 ， 可采用将运动 4、分解 ， 运用牛顿定律和运动学公式分别列方程求解；也可根据动能定理 、 能量守恒定律列方程求解 ， 后者更简捷一些 (4)用细绳拴一带电小球在竖直方向的匀强电场中给其一初速度 ， 当 0时 ， 小球做匀速圆周运动 ，绳子拉力充当向心力 ， 可由圆周运动知识分析解答 3 整体运用功能关系法 首先对带电体受力分析 ， 再分析运动形式 ， 然后根据具体情况选用公式计算 (1)若选用动能定理 ， 则要分清有多少个力做功 ， 是恒力功还是变力功 ， 同时要明确初 、 末状态及运动过程中动能的增量 (2)若选用能量守恒定律 ， 则要分清带电体在运动中共有多少种能量参与转化 ， 哪些能量是增加的 ， 哪些能 5、量是减少的 ， 表达式有几种 初状态和末状态的能量相等 ， 即 增加能量的总和等于减少能量的总和 ， 即 这种方法不仅适用于匀变速运动 ， 对非匀变速运动(非匀强电场中 )也同样适用 真空中有一均匀电场 ， 方向沿 若质量为 m、 电荷量为 点以初速度 经 点 ， 此时速度大小也为 方向沿 如图所示 求： 题 型 1 用力和运动观点分析带电体在电场中的运动问题 (1)从 点的时间 t； (2)该匀强电场的电场强度 (3)若设 则 【解析】 由于带电粒子到达 A 点时，在 y 轴正方向上的速度已减小到零，因此带电粒子除受到沿 x 轴正方向的电场力外，还受到 y 轴正方向相反的重力根据力的独立作用 6、原理及运动的独立性原理，粒子在 x 轴正 方向上做初速度为零的匀加速直线运动，其加速度为 y 轴正方向上做初速度为 v 0 的竖直上抛运动 由于电场方向是沿 x 轴正方向，则 A 点电势应比 O 点低，已知 O 点电势为零，则 A 点电势应为负值 (1) 设粒子从 O 点到 A 点的运动时间为 t ，即为粒子做竖直上抛运动这一分运动的时间，则： t v 0g. (2) 在 x 轴正方向上，到达 A 点的速度为 ： v0a t 设在 x 轴正方向的位移为 X ，则： X 12a ( t )212qE g. 设在 y 轴正方向上的位移，即上抛最大高度为 Y ，则：Y g， 1 ， 45 . (3) 7、 根据 U 又 d X g， E 故 O 点和 A 点的电势差为： U gm q， 又 U O A ，故 A m q. 【答案】 (1) v 0g (2)45 (3) m q 【 方法总结 】 分析带电体在电场中运动问题的几个关键环节： (1)做好受力分析 根据题设条件判断重力是否可以忽略 (2)做好运动分析 要明确带电体的运动过程 、 运动性质及运动轨迹等 (3)应用运动和力的关系 ， 根据牛顿第二定律结合运动学公式求解 如图所示 ， 在真空室中有两个水平的金属板 ， 板间的距离为 带电荷量为 q， 自上极板的下表面处由静止开始自由下落 ， 当它运动到两极板间距离的中点时 ， 给两极板加电压 8、 U， 使电荷受到向上的力 当电压等于多大时 ， 才能使小油滴在刚好接近下极板时 ， 开始向上运动。 变式训练 1析： 解法一：油滴自由落体至两板间中点时速度大小由 2 v 加上电压后所受合力 F 油滴向上的加速度大小 a Fmg 再经： 2 a g h 由 式解得： U 2 解法二：分析油滴运动的整个过程可知，前半程的加速度与后半程的加速度大小相等、方向相反，即： g 得 U 2 解法三：前半程由动能定理得 2m 后半程由动能定理得 0 12m 由 得： U 2 解法四：油滴从上极板到下极板整个过程 E k 0 ，对全过程应用动能定理得 0 ，解得 U 2 答案： U 2 q 题 型 2 9、用功和能观点分析带电体在电场中的运动问题 如图所示，在光滑绝缘水平面上相距 2 l 的A 、 B 两点固定有两个电荷量均为 Q 的正电荷， A 、 O 为中点， 有一个质量为 m 、电荷量为 q 的试探电荷以初速度 a 点出发，沿线向 B 运动，在这运动过程中电荷受到阻力满足 常数，当 v 0 ，0 ，当 v 点时，动能为初动能的 b 点时速度刚好为零，已知静电力常量为 k ，求： (1) (2)取 电荷 【解析】 (1) a 点的场强是 A 、 B 两点电荷 Q 在 a 点产生场强的矢量和， E 3 2 方向向右指向B (2) 根据对称性 a b， 0 ，根据动能定理 当电荷由 a 运动到 10、O 点时，有 n 12m 2m a 运动到 b 点时，有 12m 4 q(2 n 1) m 4 q(2 n 1) m q 具有的电势能 Ep a 4(2 n 1) m 【答案】 (1)32 l 2，方向向右指向 B (2)14 q(2 n 1) m v 20 14(2 n 1) m v 20 【 方法总结 】 带电的物体在电场中具有一定的电势能 ， 同时还可能具有动能和重力势能等机械能 ， 用能量观点处理问题是一种简捷的方法 ， 处理有关能量的问题要注意以下几点： (1)只要外力做功不为零 ， 物体的动能就要改变 (动能定理 ) (2)重力只要做功 ， 物体的重力势能就要改变 ， 且重力的功等 11、于重力势能的减少量 ， 物体动能和重力势能之和不变 (机械能守恒 ) (3)静电力只要做功 ， 物体的电势能就要改变 ， 且静电力的功等于电势能的减少量 ， 物体的动能和电势能之间相互转化 ， 总量不变 (类似机械能守恒 ) (4)如果除了重力和静电力之外 ， 无其他力做功 ， 则物体的动能 、 重力势能和电势能三者之和不变 (2015浙江模拟 )如图所示 ，真空中存在一个水平向左的匀强电场 ， 场强大小为 E， 一根不可伸长的绝缘细线长度为 l， 细线一端拴一个质量为m、 电荷量为 另一端固定在 把小球拉到使细线水平的位置 由静止释放 ， 小球沿弧线运动到细线与水平方向成 60 角的位置 以下说法中正确的是 ( ) 变式训练 2 小球在 B 位置处于平衡状态 B 小球受到的重力与电场力的关系是 3 C 小球将在 间往复运动，且幅度将逐渐减小 D 小球从 A 运动到 B 的过程中，电场力对其做的功为12qE l 解析： 小球到达 B 点时速度为零，则沿细线方向合力为零，而小球有沿圆弧的切向分力，故在 B 点小球的合力不为零，不是平衡状态，故 A 选项错误；小球从 A 运动到 据动能定理， s 1 ) 0 ，解得， 3 故 B 选项错误；小球在 往复 运动，能量守恒，振幅不变，故 C 选项错误；小球从 A 运动到 B 的过程中，电场力对其做的功为 W 1 ) 12故。