高二物理 第1章第五节匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理 教科

第五第五节节匀匀强强电场电场中中电势电势差与差与电场电场强强度的关系示波管原理度的关系示波管原理课标定位课标定位 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案第第五五节节匀匀强强电电场场中中电电势势差差与与电电场场强强度度的的关关系系示示波波管管原原理理课前自主学案课前自主学案一、匀一、匀强强电场电场中中电势电势差与差与电场电场强强度的关系度的关系1关系式：关系式：UAB_.2适用条件适用条件匀匀强强电场电场，d是沿是沿_方向两点方向两点间间的距离的距离3物理意物理意义义匀匀强强电电场场中中，两两点点间间的的电电势势差差等等于于电电场场强强度度与与这这两两点点间间_的乘的乘积积Ed电场电场沿沿电场电场方向的距离方向的距离V/m沿沿场场强强方向方向电势电势差差低低伏特每米伏特每米三、示波管原理三、示波管原理1构造及功能构造及功能(图图151)图图151(1)电子枪：发射并加速电子电子枪：发射并加速电子(2)偏转电极偏转电极YY：使电子束竖直偏转：使电子束竖直偏转(加信号电压加信号电压)；XX：使电子束水平偏转：使电子束水平偏转(加扫描电压加扫描电压)(3)荧光屏荧光屏匀加速直匀加速直线线运运动动若初速度若初速度为为零，零，则则qU_.若初速度不若初速度不为为零，零，则则qU_.(2)电电子在匀子在匀强强电场电场中偏中偏转转运运动动状状态态分析分析电电子子以以速速度度v0垂垂直直于于电电场场线线方方向向飞飞入入匀匀强强电电场场时时，受受到到恒恒定定的的与与初初速速度度方方向向成成90角角的的静静电电力力作作用用而而做做_(如如图图152)匀匀变变速曲速曲线线运运动动图图152(3)电子飞出平行金属板后做匀速直线运动电子飞出平行金属板后做匀速直线运动电子飞出偏转电场后，不再受电场力作用，保持电子飞出偏转电场后，不再受电场力作用，保持偏转角不变做匀速直线运动，打在荧光屏上，显偏转角不变做匀速直线运动，打在荧光屏上，显出亮点出亮点核心要点突破核心要点突破3场强、电势差两者比较场强、电势差两者比较即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.在在匀匀强强电电场场中中，将将一一电电荷荷量量为为2105 C的的负负电电荷荷由由A点点移移到到B点点，其其电电势势能能增增加加了了0.1 J，已已知知A、B两两点点间间距距为为2 cm，两两点点连连线线与与电电场场方方向向成成60角如图角如图153所示则：所示则：图图153(1)在电荷由在电荷由A移到移到B的过程中，电场力做了多少的过程中，电场力做了多少功？功？(2)A、B两点间的电势差为多少？两点间的电势差为多少？(3)该匀强电场的电场强度为多大？该匀强电场的电场强度为多大？答案：答案：(1)0.1 J(2)5103 V(3)5105 V/m二、从电势差的角度理解电场强度二、从电势差的角度理解电场强度1由公式由公式UABEd，得，得EUAB/d.2公式适用于匀强电场电场强度的计算公式适用于匀强电场电场强度的计算3在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值势差与两点沿电场强度方向距离的比值4电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势降低的电势5EU/d的两个重要推论的两个重要推论(1)在匀强电场中，两长度相等且相互平行的线段在匀强电场中，两长度相等且相互平行的线段的端点间的电势差相等的端点间的电势差相等图图154当线段与场强平行时，由当线段与场强平行时，由UEd可知，可知，d相等，相等，U相同；当线段与场强不平行时，只要沿场强方向相同；当线段与场强不平行时，只要沿场强方向投影的长度相等，投影的长度相等，U相同如图相同如图154所示，所示，ABCD中，中，UABUDC，UBCUAD.(2)电势随空间位置变化越快，电场强度越强电势随空间位置变化越快，电场强度越强由由EU/d可知，电场强度是电势差对空间位置的变可知，电场强度是电势差对空间位置的变化率，电势随空间变化的快慢，反映了电场强度的化率，电势随空间变化的快慢，反映了电场强度的大小，场强方向是电势降落最快的方向大小，场强方向是电势降落最快的方向6关于场强关于场强E的几个表达式的几个表达式公式公式适用范适用范围围说说明明EF/q任何任何电场电场定定义义式，式，q为试为试探探电电荷的荷的电电荷量荷量EkQ/r2真空中点真空中点电电荷的荷的电场电场Q为场为场源源电电荷的荷的电电量，量，E表示跟点表示跟点电电荷相距荷相距r处处的的某点的某点的场场强强EU/d匀匀强强电场电场U为为沿沿电场线电场线方向上相方向上相距距为为d的两点的两点间间的的电势电势差差特别提醒：虽然特别提醒：虽然EU/d仅适用于匀强电场，但对于仅适用于匀强电场，但对于非匀强电场，可以用它来解释等差等势面的疏密与非匀强电场，可以用它来解释等差等势面的疏密与场强大小的关系如场强大小的关系如U一定时，一定时，E大，则大，则d小，即场小，即场强越大，等差等势面越密强越大，等差等势面越密即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.如图如图155所示是一个匀强电场的等势面，每两所示是一个匀强电场的等势面，每两个相邻等势面相距个相邻等势面相距2 cm，由此可以确定电场强度的，由此可以确定电场强度的方向和数值是方向和数值是()图图155A竖直向下，竖直向下，E100 V/mB水平向左，水平向左，E100 V/mC水平向左，水平向左，E200 V/mD水平向右，水平向右，E200 V/m三、带电粒子的加速三、带电粒子的加速1常见带电粒子及受力特点常见带电粒子及受力特点电子、质子、电子、质子、粒子等带电粒子在电场中受到的静粒子等带电粒子在电场中受到的静电力一般远大于重力，通常情况下，重力可以忽电力一般远大于重力，通常情况下，重力可以忽略略3受力分析：受力分析：因带电粒子因带电粒子(电子、质子、电子、质子、粒子粒子)受到的重力远远受到的重力远远小于静电力，所以讨论带电粒子在电场中运动的小于静电力，所以讨论带电粒子在电场中运动的问题时忽略重力，而带电液滴、小球、尘埃则不问题时忽略重力，而带电液滴、小球、尘埃则不可忽略重力，在分析这类问题时只需求静电力与可忽略重力，在分析这类问题时只需求静电力与重力的合力就可以了重力的合力就可以了4处理方法：处理方法：可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下：比较如下：两个角度两个角度内容内容动动力学角度力学角度功能关系角度功能关系角度应应用知用知识识应应用牛用牛顿顿第二定第二定律以及匀律以及匀变变速直速直线线运运动动公式公式功的公式及功的公式及动动能定理能定理适用条件适用条件匀匀强强电场电场，静，静电电力是恒力力是恒力可以是匀可以是匀强强电场电场，也，也可以是非匀可以是非匀强强电场电场，静静电电力可以是恒力，力可以是恒力，也可以是也可以是变变力力四、带电粒子在电场中的偏转四、带电粒子在电场中的偏转1进入电场的方式：以初速度进入电场的方式：以初速度v0垂直于电场线方向垂直于电场线方向进入匀强电场进入匀强电场2受力特点：静电力大小不变，且方向与初速度受力特点：静电力大小不变，且方向与初速度v0的方向垂直的方向垂直3运动特点：做匀变速曲线运动，与力学中的平抛运动特点：做匀变速曲线运动，与力学中的平抛运动类似运动类似4运动规律：运动规律：4运运动规动规律：律：即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)4.如如图图156所所示示，两两金金属属板板与与电电源源相相连连接接，电电子子从从负负极极板板边边缘缘垂垂直直电电场场方方向向射射入入匀匀强强电电场场，且且恰恰好好从从正正极极板板边边缘缘飞飞出出现现在在使使电电子子入入射射速速度度变变为为原原来来的的两两倍倍,而而电电子子仍仍从从原原位位置置射射入入，且且仍仍从从正正极极边边缘缘飞飞出出，则则两两极极板板的的间间距应变为原来的距应变为原来的()图图156 平平行行的的带带电电金金属属板板A、B间间是是匀匀强强电电场场，如如图图157所所示示，两两板板间间距距离离是是5 cm，两两板板间间的的电电压压是是60 V试问试问：(1)两板两板间间的的场场强强是多大？是多大？课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一电势差和电场强度关系的计算电势差和电场强度关系的计算例例例例1 1图图157(2)电电场场中中有有P1和和P2两两点点，P1点点离离A板板0.5 cm，P2点点离离B板板也也是是0.5 cm，P1和和P2两两点点间间的的电电势势差差为为多大？多大？(3)若若B板接地，板接地，P1和和P2两点的电势各是多大？两点的电势各是多大？【思思路路点点拨拨】公公式式UEd中中的的d是是沿沿电电场场方方向向的两点间的距离的两点间的距离(3)由公式由公式1BEd1B1200(4.5102)V54 V得：得：154 V.同理同理2BEd2B12000.5102 V6 V得：得：26 V.【答案答案】(1)1200 V/m(2)48 V(3)54 V6 变变式式训训练练1如如图图158所所示示是是匀匀强强电电场场中中的的一一组组等等势势面面，若若A、B、C、D相相邻邻两两点点间间距距离离为为2 cm，A和和P点点间间的的距距离离为为1.5 cm，则则该该电电场场的的场场强强E和和P点的电势点的电势P分别为多大？分别为多大？图图158 如如图图159所所示示，实实线线为为电电场场线线，虚虚线线为为等等势势线线，且且ABBC，电电场场中中的的A、B、C三三点点的的场场强强分分别别为为EA、EB、EC，电电势势分分别别为为A、B、C，AB、BC间间的的电电势势差差分分别别为为UAB、UBC，则下列关系中正确的有，则下列关系中正确的有()图图159类型二类型二例例例例2 2AABCBECEBEACUABUBCDUABUBC【思思路路点点拨拨】公公式式UEd在在非非匀匀强强电电场场中中可用于定性分析可用于定性分析【精精讲讲精精析析】由由题题图图中中电电场场线线的的分分布布规规律律可可知知，电电场场不不是是匀匀强强电电场场，C附附近近稠稠密密，A附附近近稀稀疏疏，C附附近近的的场场强强大大于于A附附近近的的场场强强，选选项项B正正确确；由由公公式式UEd知知：UBCUAB，选选项项C对对，D错错；由由电电场场线线的方向是电势降低的方向得选项的方向是电势降低的方向得选项A正确正确【答案答案】ABC【规规律律总总结结】本本题题涉涉及及电电场场中中的的三三个个基基本本物物理理量量，各各个个物物理理量量都都是是由由哪哪些些因因素素确确定定的的，它它们们之之间又有什么关系是解决问题的关键间又有什么关系是解决问题的关键变变式式训训练练2如如图图1510所所示示,实实线线表表示示电电场场线线，虚虚线线表表示示等等势势线线，a、b两两点点的的电电势势分分别别为为a50 V，b20 V，则则a、b连连线线的的中中点点c的的电电势势c应为应为()图图1510Ac35 VBc35 VCc35 VD无法判断无法判断 解解析析：选选B.若若电电场场为为匀匀强强电电场场，则则bcca，可可求求得得c35 V；由由图图易易知知ac处处场场强强要要大大于于bc处处，故故可可由由UEd定定性性分分析析知知Ub cUc a，则则c35 V，应选，应选B.类型三类型三示波管的应用示波管的应用例例例例3 3 如如图图1511所示是示波管所示是示波管的原理示意的原理示意图图电电子从灯子从灯丝发丝发射出射出来来经电压为经电压为U1的的电场电场加速后，通加速后，通过过加速极板加速极板A上的小孔上的小孔O1射出，沿中射出，沿中心心线线O1O2进进入入M、N间间的偏的偏转电场转电场，O1O2与偏与偏转电场转电场方向垂直，偏方向垂直，偏转电转电场场的的电压为电压为U2，经过经过偏偏转电场转电场的右的右图图1511端端P1点离开偏转电场点离开