《高中物理 第一章 静电场 5 匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理学案 教科版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第一章 静电场 5 匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理学案 教科版选修3-1（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5.匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理学 习 目 标知 识 脉 络1.掌握公式UEd的推导过程，理解公式的含义，知道公式的适用条件(难点)2理解电场强度的另一种表述，能应用UEd或E解决有关问题(重点)3了解示波器的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响4能处理带电粒子在电场中的加速和偏转问题(重点、难点)匀 强 电 场 中 电 势 差 与 电 场 强 度 的 关 系如图151所示，在匀强电场中，电荷q从A点移动到B点图1511电场力做功WAB与UAB的关系为WABqUAB.2由FqE，得WABFdqEd.3对比两种计算结果，得UABEd.4公式UABEd的适用条件是：E是匀强电场，
2、d是沿电场线方向的距离5电场强度的单位：V/m或N/C.6电场强度的大小等于沿场强方向上每单位距离上的电势差，沿电场线的方向电势越来越低1公式UABEd仅适用于匀强电场中的计算，在非匀强电场中不能用来计算()2匀强电场中电场强度在数值上等于沿电场方向上每单位距离上降低的电势()3在匀强电场中两点间的电势差一定等于电场强度与两点间距离的乘积()在匀强电场中，能否说电势差U与距离d成正比，电场强度E与距离d成反比？【提示】在匀强电场中，电势差U与距离d成正比，但电场强度E与距离d无关如图152所示，A、B、C是匀强电场中的三点，探讨以下问题：图152探讨1：关系式UEd中，d是AB之间的距离，还是
3、AC之间的距离？【提示】d是沿电场强度方向的距离，故应是AC之间距离探讨2：将电荷沿不同的路径从A点移到B点，怎样计算电场力做的功？【提示】(1)WqEd.(2)WqUAB.1应用UEd解决问题应注意的五点(1)此式只适用于匀强电场，对非匀强电场可定性讨论(2)d是电场中两点在电场方向上的距离(3)由公式E知，在匀强电场中，场强等于沿场强方向每单位长度上的电势差(4)单位“V/m”与“N/C”是相等的(5)公式说明了匀强电场中的电势分布是均匀的2电场强度三个公式的比较公式适用范围说明EF/q任何电场定义式，q为试探电荷EkQ/r2真空中点电荷的电场Q为场源电荷，E表示跟点电荷相距r处的某点的场
4、强EU/d匀强电场沿电场线方向上相距为d的两点间的电势差为U如图153所示，在匀强电场中，一电荷量为q5.01010 C的正电荷，由a点移到b点和由a点移到c点，电场力做的功都是3.0108 J，已知a、b、c三点的连线组成直角三角形，lab20 cm，37.求：图153(1)a、b两点间的电势差；(2)匀强电场的电场强度大小；(3)电场强度的方向【解析】(1)因为正电荷q从a到b和从a到c，电场力做正功且相等，所以由WqU可得UabUac，b、c两点在同一等势面上，则电场强度方向与ac平行，由a指向c.Uab V60 V.(2)由UEd得E V/m375 V/m.(3)电场强度方向与ac平行
5、，由a指向c.【答案】(1)60 V(2)375 V/m(3)ac如图154所示，场强为E的匀强电场中有A，B，C三点，且ABBCd，则() 【导学号：96322018】图154AUABUBCBUABUBCCUACUABDUAC3UBC【解析】由UEd可求出UBCEdcos 60Ed，UABEd2UBC，UACUABUBCUAB3UBC，故选项D正确【答案】D如图155所示，实线表示电场线，虚线表示等势线，a、b两点的电势分别为a50 V、b20 V，则a、b连线的中点c的电势满足() 【导学号：96322019】图155Ac35 VBc35 VCc35 VD以上答案都不对【解析】由题图可知，
6、这是一个非匀强电场，且EbEa.若此电场为匀强电场，则c35 V，而此电场中EbEc35 V，选项B正确【答案】B在非匀强电场中，怎样应用公式E在非匀强电场中，公式E可用来定性分析问题，由E可以得出结论：在等差等势面中等势面越密的地方场强就越大，如图156甲所示再如图乙所示，a、b、c为一条电场线上的三个点，且距离abbc，由电场线的分布情况可判断UabUbc.甲乙图156示 波 管 原 理电子在阴极射线管中运动的三个阶级(如图157所示)1电子在电场中加速由于在阴、阳两极间形成了方向由阳极指向阴极的电场，脱离阴极的电子在电场力作用下加速，设加速电场电压为U1，带电粒子质量为m，带电荷量为q，
7、则根据动能定理可得，带电粒子被加速后获得的速度大小为v .图1572电子在匀强电场中偏转加速后的电子进入了如图158所示的偏转电场图158电子在水平方向上保持初速度v0不变做匀速直线运动在竖直方向上做初速度为零的匀加速运动故电子的运动类似于重力场中物体的平抛运动(1)运动时间为；加速度为；(2)离开电场时的偏移量为y；(3)离开电场时的偏转角为tan .3电子飞出平行金属板后做匀速直线运动1电子枪的作用是产生高速飞行的电子束()2电子在偏转电场中垂直于偏转电场方向始终做匀速直线运动()3若偏转电场很强，电子可以垂直打在极板上()当示波管的偏转电极没有加电压时，电子束将打在荧光屏上什么位置？【提
8、示】偏转电极不加电压，电子束沿直线做匀速直线运动打在荧光屏中心位置，形成一个亮斑如图159所示，电荷能够穿出两平行金属板间的电场设电荷带电荷量为q，质量为m，初速度为v0.平行板长为L，两板间距为d，电势差为U，电荷重力忽略不计图159(1)电荷受几个力？加速度多大？和前面学习过的哪种运动相似？(2)电荷在射出电场时竖直方向上的分速度多大？偏转距离是多少？【提示】(1)在忽略重力的情况下，电荷只受电场力，加速度a，和平抛运动相似(2)竖直分速度vy，偏转距离y.1类平抛运动带电粒子以速度v0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静电力的作用而做匀变速曲线运动，称之为类平抛
9、运动可以采用处理平抛运动方法分析这种运动图15102运动规律(1)沿初速度方向：vxv0，xv0t(初速度方向)(2)垂直初速度方向：vyat，yat2(电场线方向，其中a)3两个结论(1)偏转距离：y.(2)偏转角度：tan .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，即tan tan .长为L的平行金属板，两板间形成匀强电场，一个带电荷量为q、质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入匀强电场中，刚好从下极板边缘射出，且射出时速度方向恰好与
10、下极板成30角，如图1511所示，求匀强电场的场强大小和两极板间的距离图1511【解析】设场强为E，极板间距离为d，则dat2()2tan 30由解得：E，dL.【答案】L 如图1512所示，一个带电粒子从粒子源飘入(初速度很小，可忽略不计)电压为U1的加速电场，经加速后从小孔S沿平行金属板A、B的中心线射入，A、B板长为L，相距为d，电压为U2.则带电粒子能从A、B板间飞出，应该满足的条件是() 【导学号：96322020】图1512A.B.C. D.【解析】由平抛运动规律可知：yat2，即，所以应选D.【答案】D电子在示波管中加速及偏转问题的处理方法电子在示波管内的运动分三个阶段：第一阶段
11、是电子的发射和加速；第二阶段是电子在偏转电极间做类平抛运动；第三阶段是电子从偏转电极射出后做匀速直线运动打在荧光屏上示波管的结构如图1513所示图1513设偏转电场的板长为l，板间距离为d，偏转电压为U.(1)电子在加速电场中由动能定理知eU1mv.(2)电子从进入偏转电场之后，在平行极板方向做匀速直线运动，所以从进入电场到离开电场的运动时间t；因只受电场力的作用，加速度a；离开电场时的偏移量yat2.(3)离开电场时的偏转角tan .学业分层测评(五) (建议用时：45分钟) 1正常情况下空气是不导电的，但是如果空气中的电场很强，空气也可以被击穿，空气被击穿时会看到电火花或闪电若观察到某次闪
12、电的火花长约100 m，且已知空气的击穿场强为3106 V/m，那么发生此次闪电的电势差约为() 【导学号：96322104】A3108 VB3106 VC3104 VD3105 V【解析】将空气中的电场视为匀强电场，由UEd，可得U3108 V，A正确【答案】A2如图1514所示是匀强电场中的一组等势面，每两个相邻等势面的距离是25 cm，由此可确定电场强度的方向及大小为()图1514A竖直向下，E0.4 N/CB水平向右，E0.4 N/CC水平向左，E40 N/CD水平向右，E40 V/m【解析】题图为一组等差等势面，电场方向垂直等势面且指向电势低的方向，故场强方向水平向右，E40 V/m
13、.【答案】D 3如图1515所示，在一匀强电场区域中，有A、B、C、D四点恰好位于一平行四边形的四个顶点上，已知A、B、C三点电势分别为A1 V，B4 V，C0，则D点电势D的大小为() 【导学号：96322105】图1515A3 VB0C2 VD1 V【解析】在匀强电场中，两平行且等长的线段的端点间的电势差相等，即UDAUCB，DACB，解得D3 V选项A正确【答案】A4(多选)如图1516所示，实线为电场线，虚线为等势面，且ABBC，电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为A、B、C，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，则下列关系中正确的有()图1516AABCBECEBEACUABUBCDUABUBC【解析】沿电场线方向电势逐渐降低，A正确；电场线密处电场强度大，B正确；AB处的场强小于BC处的场强，且ABBC，故C正确，D错误【答案】ABC5(多选)如图1517所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子() 【导学号：96322106】图1517A所受重
