带电粒子在匀强电场中的运动（二） —示波管原理(PPT-16).ppt

带电粒子在匀强电场中的运动 【学习目标】 2 . 探究示波管的工作原理。 通过实例分析，探究带电粒子在电场中的 　　加速、偏转、匀速直线运动的规律。 带电粒子在匀强电场中的运动 　　【探究1】带电粒子在电场中从静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时的速度如何计算？(不计重力) u 加速电极 ｖ ＋ － ● ● ｍ、ｑ ｑU=－ｍｖ２　① 1 2 　【例１】电子的质量为9.1×10-31kg，电量为1.6×10-19C，在电场中从静止开始，经180ｖ电压加速后，试估算电子的速度为多大？ 分析：根据动能定理： ∴ ｖ＝√2ｑU/ｍ　 ｖ＝√２ｑu/ｍ　 解： ＝√２×1.6×10-19×180/9.1×10-31　ｍ/ｓ ≈8×10６ｍ/ｓ 为何电子经过区区１８０伏电压加速，速度即达到八百万米每秒之巨？ 【思考】 电子的比荷(ｑ/ｍ)太大。 θ v y v x ｖ ｔ ● ● ｄ， U 偏转电极 ｖ0 v v x ｔ ● ｔ ● ｘ＝ｌ ｘ ｙ o 　　【探究2】带电粒子以ｖ0初速度垂直电场方向进入偏转电场,从另一端穿出。粒子在电场中作何运动?其偏转距离y和偏转角的正切值tan θ如何计算？与U有何关系？ 粒子作类平抛运动，可分解为沿x方向的匀速直线运动和沿y方向的匀加速直线运动。 y 【分析】 ＝0.04/8×10６ｓ＝5× 10－9ｓ ｖ０ｔ　　　② ｘ＝ ｙ＝ －ａｔ２　　　③ １ ２ 若ｘ＝ｌ＝4ｃｍ，ｖ０＝8×10６ｍ/ｓ， 则电子穿过偏转电极间的时间ｔ为多少？ 又由牛顿第二定律和场强公式得： ａ＝ｑE/ｍ＝ｑu/ｍｄ　　　④ ∴ｙ＝　　　　　　 ｑUｌ２ ２ｍｄｖ０２ tanθ＝ ＝　　＝　　　　 vy at 　　ｑU ｌ vx v0　　　ｍｄｖ０２ ＝ 1/（2×108）ｓ， ｔ＝ｌ/ｖ０ 【思考】 这样短的时间意味着什么？ 　∝U　　⑤ 　∝U ⑥ 电子在一瞬间就通过了偏转电场。 即二亿分之一秒！ 　　【探究3】带电粒子以ｖt速度离开偏转电场，在到达荧光屏之前作何运动？在荧光屏上的偏转距离y‘如何计算？y’与U有何关系？ θ v y v x ｖ ｔ ● ● ● · y‘ 偏转电极 荧光屏 ｖ0 v v x ｔ ● ● ｔ ● ● ｙ L ｘ ｙ o ｙ1 【分析】 粒子离开偏转电场后，由于不受力的作用，作匀速直线运动。 y’＝ｙ＋L· tａｎθ＝ 　　　　　（L＋　） ｑUｌ　　　　ｌ 　　 ｍｄｖ０２　　　　２ 　 ｙ＝　　　　　　∝U　　⑤ ｑuｌ２ ２ｍｄｖ０２ tanθ＝ ＝　　＝　　　　　∝U ⑥ vy at 　　ｑU ｌ vx v0　　　ｍｄｖ０２ y‘＝ ｙ1＝ L· tａｎθ ⑧ y＋ｙ1 ⑦ 由⑤⑥⑦⑧得： ∝ U　　⑦ 【偏转规律】 　　若带电粒子以一定的初速度垂直场强方向进入偏转电场，则粒子打在荧光屏上的偏移量y‘与偏转电压Uy成正比，即 　y’ ∝Uy ● y‘ 偏转电极 L 荧光屏 ● Uy 【实验演示】 调节带电粒子的偏转电压，其轨迹发生变化，打在屏幕上的位置也随之变化。 【示波管】因此，通过改变偏转电压，就可以改变带电粒子到达荧光屏上的位置，从而控制电子的运动。利用此原理，人们制成了示波管。 【Flash动画】演示示波管的结构。 【探究】探究示波管的工作原理。 t 【猜想1】 　　　　若在竖直方向加上恒定不变的电压， 　　　　 　　则电子打在荧光屏上的位置有何特征？ （规定上极板带正电荷时Uy为正） Uｙ L 荧光屏 ● Uｙ ＋ － t U2 【猜想2】 　　　　若在竖直方向加上如下所示的电压， 　　　　 　　则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？ L 荧光屏 ● Uｙ － ＋ 【实验演示】 使带电粒子的偏转电压反向，观察其轨迹。 t 【猜想3】 　　　　若在竖直方向加上如下所示的电压， 　　　　 　　则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？ Uｙ L 荧光屏 ● Uｙ 【实验演示】 用信号源给示波器y方向输入方波信号，观察示波器波形。调节方波频率，观察波形的闪烁情况，并做出解释。 t 【猜想4】 　　　　若在水平方向加上如下所示的电压， 　　　　 　　则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？ Ux L 荧光屏 ● Uｙ 【实验演示】 用信号源给示波器x方向输入方波信号，观察示波器波形。 ｔ/ｓ 【猜想5】 　　若在水平方向加上如下所示的电压，则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？(设ｔ＝5× 10－9ｓ)