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1.6 示波器的奥秘(第1课时)

发布时间:2013-09-30 09:21:02  

1.6 示波器的奥秘(第1课时)

姓名 高二 班 学号

备课教师:

总第 课时

上课时间 月 日星期

课型:新授课

【教学目标】

1.了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力,带电粒子做匀变速运动。

2.重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。

3.知道示波管的主要构造和工作原理(第2课时再细讲)。

【教学重点】

带电粒子在电场中的加速和偏转规律

【教学难点】

带电粒子在电场中的偏转问题及应用。

【教学过程】

引入:示波器并不神秘.它的基本原理是带电粒子在电场力的作用下加速和偏转 阴极射线示波器 (以下简称示波器)是利用示波管内电子束在电场(或磁场)中的偏转,来反映电压的瞬变过程,显示随时间变化电信号的一种电子仪器。

自1931年美国研制出第一台示波器至今已有70多年。它在各个研究领域都获得了广泛的应用,示波器本身也发展成多种类型,例如慢扫描示波器、各种频率范围的示波器、取样示波器、记忆示波器、数字示波器等。示波器已成为科学研究、实验教学、医药卫生、电工电子和仪器仪表等各个研究领域和行业最常用的仪器。

? 知识点一、带电粒子的加速 带电粒子在电场中运动,如果只有电场力做功,由动能定理得:qU?1212mv?mv0 22各个击破

(1)带电粒子沿与电场平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在一条直线上,若电场力方向和带电粒子速度方向相同,粒子做匀加速直线运动,若相反,粒子做匀减速运动:a?FqE22,vt?v0?2as。 ?mm

12mv。 2(2)粒子由静止开始在电场中加速:qU?

(3)电场力做功与路径无关,与初末位置的电势差有关,所以

qU?1212适用于一切电场,包括非匀强电场. mv?mv022

例1. 如图所示,在点电荷+Q的电场中有A、B两点,将质子和α

粒子(2He核)分别从A点由静止释放到达B点时,它们的速度大小

之比为多少?( 答案:

42 )

1

针对训练1.两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m,电荷量为e,从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回,如图所示,OA=h,此电子具有的初动能是 ( ) edh; B.edUh; U

eUhC.eU; D.。 ddhA.

( 答案:D)

? 知识点二、带电粒子的偏转

如图所示,电荷量为q、质量为m的带电粒子以初速度为v0,由两平行极板中点垂直匀强电场进入偏转板中,偏转板长为l、板间距离为

d,板间电压为U.

1l?v0t。

2线运动: 121qUl2

偏移量y?at?。 222mdv0

3.偏转角α:tan??vy

vx?atqUl?。2v0mdv0

由上两式得:y?ltan?,可见带电粒子速2

度反向延长线交于平行于极板方向位移的中点。

4.示波管是一种阴极射线管,结构如图所示(第2课时)。

各个击破

(1)带电粒子由静止经加速电压U0加速后,进入偏转电场,偏移量:

121qUl2Ul2

y?at??。 222mdv04dU0

yl2

?由此可知,示波器的灵敏度:dy?,只与板长、板间距、加速电压有关,U4dU0

与带电粒子带电量和质量都无关。

(2)带电粒子由静止经加速电压U0加速后,进入偏转电场,偏转角α:tan??qUlUl?。 2mdv02dU0

(3)如果荧光屏离偏转板末端距离为L,则粒子到达荧光屏离中心的距离是:

2

Ul2UlUl(l?2L)Y?y?Ltan???L? 4dU02dU04dU0

也可以利用相似三角形推导出结果:Y?(?L)tan??l

2Ul(l?2L) 4dU0

(4)粒子落板的情况,应设平行于板方向的位移为x,由匀速直线运动得x?v0t,垂直于极板的方向做初速为零的匀加速直线运动,

d121qUx2Ux2

y??at??。粒子飞行时间由垂直于极板方向的运动决定。 2222mdv04dU0

例2.如图所示,初速为零的电子经电压U1加速后,垂直进入偏转电场偏转,离开偏转电场时偏移量是y。偏转板间距离为d,偏转电压为U2,板长为L。若要使偏移量y增为原来的2倍,可采用下列哪些办法( )

1

2

1B.只使偏转电压变为U2 2A.只使加速电压变为U1

C.只使偏转极板长变为2L

D.只使偏转极板间距离变为1d(电子仍能射出偏转电场) 2

解析:由加速到偏转,直至电子射出偏转电场,属于正向推导过程,要求能熟练推导出结果。 电子在加速电场中加速,由动能定理得:eU1?

极板方向:L=vt 12mv,进入偏转电场后,平行偏转2

121eU2L2U2L2

?垂直偏转板方向偏移量:y?at?。所以AD选项正确。 222mdv4dU1

答案:AD

针对训练2.带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场,要使它离开偏转电场时偏转角增大,可采用的方法有 ( )

A.增加带电粒子的电荷量 B.增加带电粒子的质量 C.增大加速电压 D.增大偏转电压

解析:由加速到偏转,直至带电粒子射出偏转电场,属于正向推导过程。 电子在加速电场中加速,由动能定理得:qU0?

极板方向:L=vt

垂直偏转板方向,偏转角α:tan??

答案:

D 12mv,进入偏转电场后,平行偏转2vyvx?atqULUL??。所以D选项正确。 2vmdv02dU0

3

本节内容综合归纳:

1. 本知识点主要有带电粒子在电场中加速、带电粒子在匀强电场中的偏转;

2. 过程与方法总结:

(1) 带电粒子在电场中加速,会应用动能定理,计算末速度或末动能。

(2) 知道带电粒子垂直进入匀强电场做匀变速曲线运动,轨迹是抛物线,会进

行两个方向的运动分解:平行极板方向,匀速直线运动;垂直极板方向,匀加

速直线运动。能求解偏移量,偏转角。

(3) 会推导出带电粒子经加速、偏转、到达荧光屏时,离屏中心的距离。

3. 本节疑点和易错点:

计算过程,出现的物理量较多,推导过程容易出现运算错误。

课外思考题:

1.质子(1H)、氚核(1H)、氦核(2He)从静止开始经相同电压加速后,从同一点垂直进入同一匀强电场,关于它们在匀强电场中的运动,下列说法中正确的是( )

A.质子、氘核、氦核的轨迹相同 B.只有质子的氘核的两条轨迹相同

C.只有氘核和氦核的两条轨迹相同 D.三种粒子的轨迹各不相同

2.如图所示,是一个说明示波管工作原理的示意图,电子经电压U1加速后以速度v0垂直进入偏转电场,离开电场时的偏转量是h,两平行板间距离为d,电势差是U2,板长是L.为提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量:h/U2)可采用以下哪些方法( )

A.增大两板间电势差U2

B.尽可能使板长L短一些

C.尽可能使板间距d小一些

D.使加速电压U1升高一些

124

【反思后记】

教研组检查时间 月 日 教研组长检查签名 学部抽查时间 月 日 学部抽查签名

4

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