高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 带电粒子在电场中的运动集体备课课件ppt

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　　有一种电子仪器叫示波器，可以用它来观察电信号随时间的变化，如图所示。接入不同的电压信号，示波器上会显示出不同的波形。　　电子打到荧光屏上会发光，我们看到的波形就是电子落在荧光屏上的不同位置形成的。那么，示波器是如何控制电子打到荧光屏上的不同位置的呢？
　　如图所示，真空管内充有惰性气体，由电子枪发射出的电子，加速后与气体分子碰撞会产生荧光效应，便可以显示出电子运动的轨迹。
　　电场除了能改变带电粒子的动能，还可以控制带电粒子的运动轨迹，使电子发生偏转。　　电子束发生偏转时，电子束的运动轨迹有什么特点？偏转的距离和电压有什么样的关系？　　电子轨迹为什么发生偏转？这种偏转有什么特点？
　　如图所示，真空中有一对金属板，两极板的长度为l，两极板间的距离为d，两极板间的电压为U(上极板电势高)。质量为m、所带电荷量为+q的带电粒子从两极板之间平行极板射入，射入时的速度为v0，不计粒子的重力。求带电粒子射出电场时侧向偏移的距离y和偏转角θ。
环节一：带电粒子在电场中的偏转运动分析
　　在带电粒子的偏转过程中，静电力做功，但不能直接用W电=qU来求解，这是因为带电粒子偏转过程中对应的电势差并不是两极板间的电势差U。计算W电可以用电场力qE乘沿电场线方向的距离y；也可以利用匀强电场中电势差和电场强度的关系，求出初、末位置的电势差U'=Ey，再利用W=qU'来计算电场力所做的功。
　　如果偏转电场的右侧有竖直放置的荧光屏，如图所示，电子经过匀强电场偏转后，打在荧光屏上，设偏转电场金属板的长度为l1，右端到荧光屏的距离为l2。求电子打在荧光屏上的侧移量Y。
环节二：带电粒子出电场后打屏位置的分析
环节三：同一电场加速后带电粒子的偏转和打屏位置的分析
　　示波器的核心部分是示波管，那么示波管又是如何控制电子的运动的呢？　　如图所示是示波管的内部结构图。示波管是由电子枪、偏转电极、荧光屏等几部分组成的。
环节四：探究示波器原理
　　(1)电子枪的作用是什么？只给电子枪加电压，但在偏转电极XX'和YY'之间均不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？　　电子枪发射电子，经加速电场加速后，如果不发生偏转，将打在荧光屏的中心位置。
　　(2)如果在偏转电极XX'间不加电压，但在偏转电极YY'间加恒定的电压，使Y正Y'负，电子将打在荧光屏的什么位置？荧光屏上的侧移距离和UYY'有怎样的关系？如果在偏转电极YY'间不加电压，但在偏转电极XX'间加恒定的电压，使X正X'负，电子将打在荧光屏的什么位置？如果偏转电极XX'和偏转电极YY'间都加恒定的电压呢？　　如果X方向不加电压，Y为正极，电子将向Y极偏转，打在屏上的侧移距离Y和UYY'成正比。如果Y方向不加电压，X为正极，电子将向X极偏转。如果XX'和YY'间都加恒定的电压，电子同时向Y极和X极偏转，将打在荧光屏的第一象限某位置。
　　(3)如果仅在偏转电极YY'之间加图甲所示的电压，在荧光屏上会看到什么图形？如果在偏转电极XX'间加恒定的电压，X正X'负，图形是什么样的？如果X负X'正呢？请尝试画出来。　　仅在YY'间加电压，电子只在Y方向偏转，图像是一条沿Y轴的线段；如果X极加正电压，竖直线段向X方向平移；如果X'极加正电压，竖直线段向X'方向平移。(如图乙所示)
　　(4)如果在偏转电极YY'之间加图甲所示的电压，而在偏转电极XX'间加图乙所示的电压，在荧光屏上会看到什么图形？请尝试画出来。　　按照对应的时刻，分别对应画出电子落点的位置，之后再连线，得到图丙所示的图形。
　　对于某个确定的电子，其速度很大，穿越偏转电场的时间非常短，可认为此过程中电压恒定不变。　　示波管实际工作时，竖直偏转板上加的UYY'是要研究或测量的信号电压，水平偏转板上加的随时间均匀变化的UXX'是扫描电压，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化的波形图。　　请思考一下，怎样调节可以使示波器上出现2个或3个正弦波形？