《高中物理 第一章 静电场 第5节 匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理课件 教科版选修31》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第一章 静电场 第5节 匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理课件 教科版选修31（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第5 5节匀强电场中电势差与电场强度的节匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理关系示波管原理课堂探究课堂探究自主学习自主学习达标测评达标测评自主学习自主学习 课前预习课前预习感悟新知感悟新知目标导航目标导航( (教师参考教师参考) )重点重点: :匀强电场中电势差与电场强度的关系、示波管原理匀强电场中电势差与电场强度的关系、示波管原理难点难点: :电势差与电场强度关系的应用电势差与电场强度关系的应用教材梳理教材梳理一、匀强电场中电势差与电场强度的关系一、匀强电场中电势差与电场强度的关系1.1.关系关系: :在匀强电场中在匀强电场中, ,两点间的电势差等于场强与这两点间沿两点间的电势差等于
2、场强与这两点间沿 方方向的距离的向的距离的 ; ;场强的大小等于沿场强方向每单位距离上的电势差场强的大小等于沿场强方向每单位距离上的电势差; ;沿沿电场线的方向电势越来越低电场线的方向电势越来越低. .电场线电场线乘积乘积2.2.关系式关系式:U:UABAB= = ,E= .(d,E= .(d为沿电场线方向的距离为沿电场线方向的距离) )EdEd3.3.沿垂直电场线方向电势的变化沿垂直电场线方向电势的变化: :如果沿垂直电场线的方向把电荷如果沿垂直电场线的方向把电荷q q从从C C点移点移到到D D点点, ,由于电荷的位移方向与受力方向由于电荷的位移方向与受力方向 , ,电场力不做功电场力不做
3、功,U,UCDCD= = , ,所以所以C,DC,D两点的电势两点的电势 , ,且在垂直于电场线的同一平面内且在垂直于电场线的同一平面内. .垂直垂直0 0相等相等想一想想一想 利用教材利用教材P P2323图图1-5-1,1-5-1,如何推导电势差与电场强度的关系如何推导电势差与电场强度的关系? ?答案答案: :W WABAB= =FdFd= =qEdqEd, ,而而W WABAB= =qUqUABAB, ,所以所以U UABAB=Ed=Ed或或E= .E= .二、示波管原理二、示波管原理1.1.示波管示波管( (阴极射线管阴极射线管) )的构造的构造2.2.电子在阴极射线管中运动的三个阶段
4、电子在阴极射线管中运动的三个阶段(1)(1)加速加速: :电子在阴极和阳极之间形成的电场中受电场力电子在阴极和阳极之间形成的电场中受电场力, ,电场力做正功电场力做正功, ,其其 增大增大. .(2)(2)偏转偏转: :被加速的电子进入水平平行板间的匀强电场被加速的电子进入水平平行板间的匀强电场, ,做做 运动运动. .(3)(3)匀速直线运动匀速直线运动: :电子射出电场后电子射出电场后, ,不再受电场力作用不再受电场力作用, ,保持偏转角不变保持偏转角不变, ,打在荧光屏上打在荧光屏上. .类平抛类平抛三、实验观察、带电粒子在电场中的偏转三、实验观察、带电粒子在电场中的偏转1.1.实验室里
5、的示波管的构造实验室里的示波管的构造如图所示如图所示, ,示波器中的阴极射线管有示波器中的阴极射线管有 和竖直两个方向上的两对偏转和竖直两个方向上的两对偏转电极电极. .水平水平动能动能2.2.工作原理工作原理(1)(1)若在两对偏转电极上所加电压为零若在两对偏转电极上所加电压为零, ,则电子束将打在则电子束将打在 产生亮斑产生亮斑. .O O点点(2)(2)若只在偏转电极若只在偏转电极Y Y1 1,Y,Y2 2上加一稳定电压上加一稳定电压, ,则电子束将沿则电子束将沿 方向发生偏转方向发生偏转. .(3)(3)若只在偏转电极若只在偏转电极X X1 1,X,X2 2上加一个稳定电压上加一个稳定
6、电压, ,电子束将沿电子束将沿 方向发生偏转方向发生偏转. .(4)(4)若在偏转电极若在偏转电极X X1 1,X,X2 2和和Y Y1 1,Y,Y2 2上均加了一定的电压上均加了一定的电压, ,则亮斑即偏离则亮斑即偏离y y轴又偏离轴又偏离x x轴轴. .(5)(5)若加在若加在X X1 1,X,X2 2上的电压随时间按图上的电压随时间按图( (甲甲) )所示的规律周期性地变化所示的规律周期性地变化, ,在在Y Y1 1,Y,Y2 2上的电压随时间以正弦函数变化上的电压随时间以正弦函数变化, ,则示波器显示的图形如图则示波器显示的图形如图( (乙乙) )所示所示. .y yx x想一想想一想
7、 教材教材P P2727图图1-5-101-5-10中中, ,若两极板不平行若两极板不平行, ,或者极板形状不规则或者极板形状不规则, ,电电场不再均匀场不再均匀,v,v0 0= = 还成立吗还成立吗? ?1.1.由由U=EdU=Ed可知可知, ,匀强电场中两点的电势差与这两点的距离成正比匀强电场中两点的电势差与这两点的距离成正比.(.() )2.2.电场强度的两个单位电场强度的两个单位N/CN/C和和V/mV/m是完全等价的是完全等价的.(.() )3.3.在匀强电场中在匀强电场中, ,沿任一方向电势随距离均匀变化沿任一方向电势随距离均匀变化.(.() )4.4.若只在示波管的偏转电极若只在
8、示波管的偏转电极X X1 1,X,X2 2上加上一恒定电压上加上一恒定电压, ,则在荧光屏上看到一则在荧光屏上看到一条沿条沿x x方向的亮线方向的亮线.(.() )5.5.若只在示波管的偏转电极若只在示波管的偏转电极Y Y1 1,Y,Y2 2上加上正弦函数变化的电压上加上正弦函数变化的电压, ,则荧光屏上则荧光屏上也将出现正弦函数图形也将出现正弦函数图形.(.() )思考判断思考判断答案答案: :1.1.2.2.3.3.4.4.5.5.要点一要点一 匀强电场中电势差与电场强度的关系匀强电场中电势差与电场强度的关系课堂探究课堂探究 核心导学核心导学要点探究要点探究【问题导学问题导学】在如图所示的
9、匀强电场中在如图所示的匀强电场中,A,B,A,B两点位于同一条电场线上两点位于同一条电场线上,A,B,A,B间距离为间距离为d,B,Cd,B,C连线垂连线垂直电场线直电场线. .(1)(1)若已知若已知A,BA,B两点间的电势差为两点间的电势差为U UABAB, ,电荷电荷q q从从A A点移动到点移动到C C点点, ,电场力做功多少电场力做功多少? ?(2)(2)若已知电场强度为若已知电场强度为E,E,电荷电荷q q从从A A点移动到点移动到C C点点, ,电场力做功多少电场力做功多少? ?(3)(3)由由(1),(2)(1),(2)问你能得出电势差问你能得出电势差U UACAC与电场强度与
10、电场强度E E有何关系有何关系? ?答案答案: :(1)(1)电场力做功电场力做功WAC=WAC=qUqUACAC= =qUqUABAB. .(2)(2)电场力做功电场力做功WAC=WAC=qELcosqELcos = =qEdqEd. .(3)(3)电势差电势差U UACAC与电场强度与电场强度E E的关系的关系U UACAC=Ed.=Ed.【要点归纳要点归纳】1.1.关于公式关于公式U UABAB=Ed=Ed和和E= E= 的几点注意的几点注意(1)(1)公式公式E= E= 和和U UABAB=Ed=Ed适用于匀强电场中电场强度、电势差的分析和计算适用于匀强电场中电场强度、电势差的分析和计
11、算. .(2)(2)公式中的公式中的d d是匀强电场中沿电场方向的距离是匀强电场中沿电场方向的距离, ,即两点所在的两个等势面即两点所在的两个等势面间的距离间的距离. .(3)(3)在非匀强电场中在非匀强电场中, ,应用公式应用公式E= E= 只能作出定性判断只能作出定性判断: :电场中两点在沿电电场中两点在沿电场线方向场线方向( (即垂直等势面方向即垂直等势面方向) )上的距离越小上的距离越小, ,电势差越大电势差越大, ,则表示该处的电则表示该处的电场强度就越大场强度就越大. .2.U2.UABAB=Ed=Ed的两个推论的两个推论(1)(1)在匀强电场中在匀强电场中, ,沿任意一个方向沿任
12、意一个方向, ,电势下降都是均匀的电势下降都是均匀的, ,故在同一直线上故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等相同间距的两点间电势差相等. .如果把某两点间的距离平均分为如果把某两点间的距离平均分为n n段段, ,则每则每段两端点间的电势差等于原电势差的段两端点间的电势差等于原电势差的1/n.1/n.(2)(2)在匀强电场中在匀强电场中, ,沿任意方向相互平行且相等的线段两端点的电势差相等沿任意方向相互平行且相等的线段两端点的电势差相等. .3.3.电场强度的三个公式的区别电场强度的三个公式的区别【例例1 1】 (2017(2017宁德市一级达标中学期中联考宁德市一级达标中学期中联考) )如
13、图如图A,B,C,DA,B,C,D为一匀强电场为一匀强电场中的四个点中的四个点, ,它们正好是一个矩形的四个顶点它们正好是一个矩形的四个顶点, ,其中其中AB=4 AB=4 cm,ACcm,AC=4 cm,=4 cm,电电场线与矩形所在平面平行场线与矩形所在平面平行. .已知将已知将q=2.0q=2.01010-9-9 C C的正电荷从的正电荷从A A点移到点移到B B点点, ,静静电力做功电力做功W WABAB=8.0=8.01010-9 -9 J;J;将这个电荷从将这个电荷从B B点移到点移到C C点电势能增加了点电势能增加了EEpBCpBC= =3.23.21010-8-8 J, J,设
14、设A A点电势为零点电势为零. .求求: :(1)B(1)B点和点和C C点的电势点的电势; ;答案答案: :(1)-4 V(1)-4 V12 V 12 V 答案答案: :(2)200 V/m(2)200 V/m方向由方向由C C指向指向B B(2)(2)匀强电场的电场强度大小和方向匀强电场的电场强度大小和方向. .规律方法规律方法 等分法分析匀强电场电场强度的步骤等分法分析匀强电场电场强度的步骤(1)(1)确定所给点中电势最高和最低点确定所给点中电势最高和最低点, ,用直线将两点连接用直线将两点连接. .(2)(2)根据第三点的电势值根据第三点的电势值, ,将将(1)(1)中的直线平分为等距
15、离的中的直线平分为等距离的n n段段. .(3)(3)找到直线上与第三点电势相同的第四点找到直线上与第三点电势相同的第四点, ,连接第三、第四点所得直线为等连接第三、第四点所得直线为等势线势线. .(4)(4)作出垂直于等势线的直线作出垂直于等势线的直线, ,并根据电势降低的方向在新作直线上加上箭头并根据电势降低的方向在新作直线上加上箭头就作出电场线就作出电场线; ;也可根据也可根据E= E= 求解电场强度大小求解电场强度大小. .( (教师备用教师备用) )例例1-11-1: :图中图中A,B,CA,B,C三点都在匀强电场中三点都在匀强电场中, ,已知已知ACBC,ABC=60ACBC,AB
16、C=60,BC=20 cm,BC=20 cm,把一个电荷量把一个电荷量q=10q=10-5-5 C C的正电荷从的正电荷从A A移到移到B,B,电场力做功为零电场力做功为零; ;从从B B移到移到C,C,电场电场力做功为力做功为-1.73-1.731010-3-3 J, J,则该匀强电场的电场强度大小和方向是则该匀强电场的电场强度大小和方向是( ( ) )A.865 V/m,A.865 V/m,垂直垂直ACAC向左向左B.865 V/m,B.865 V/m,垂直垂直ACAC向右向右C.1 000 V/m,C.1 000 V/m,垂直垂直ABAB斜向上斜向上D.1 000 V/m,D.1 000
17、 V/m,垂直垂直ABAB斜向下斜向下D D针对训练针对训练1-1:1-1:如图所示如图所示, ,在平面直角坐标系中在平面直角坐标系中, ,有方向平行于坐标平面的匀强有方向平行于坐标平面的匀强电场电场, ,其中坐标原点其中坐标原点O O处的电势为零处的电势为零, ,点点A A处的电势为处的电势为6 V,6 V,点点B B处的电势为处的电势为3 V,3 V,则电场强度的大小为则电场强度的大小为( ( ) )A.200 V/mA.200 V/m B.200 V/m B.200 V/mC.100 V/mC.100 V/m D.100 V/m D.100 V/mA A要点二要点二 示波管的应用示波管的
18、应用【问题导学问题导学】不同的带电粒子经同一加速电场加速后再经同一偏转电场偏转不同的带电粒子经同一加速电场加速后再经同一偏转电场偏转, ,能否被分能否被分成不同的粒子束成不同的粒子束? ?【要点归纳要点归纳】1.1.构造构造( (如图如图) )2.2.对示波管分析的两种情形对示波管分析的两种情形(1)(1)偏转电极不加电压偏转电极不加电压: :从电子枪射出的电子将沿直线运动从电子枪射出的电子将沿直线运动, ,射到荧光屏的射到荧光屏的中心点形成一个亮斑中心点形成一个亮斑. .(2)(2)仅在仅在XX(XX(或或YY)YY)上加电压上加电压如图所示为只在如图所示为只在YYYY上加电压时上加电压时,
19、 ,亮斑在荧光屏上的偏移亮斑在荧光屏上的偏移. .特别提示特别提示 示波管实际工作时示波管实际工作时, ,竖直偏转板和水平偏转板都加上电压竖直偏转板和水平偏转板都加上电压, ,一一般地般地, ,加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压, ,加在水平偏转板上加在水平偏转板上的电压是扫描电压的电压是扫描电压. .【例例2 2】 (2015(2015天津理综天津理综,7)(,7)(多选多选) )如图所示如图所示, ,氕核、氘核、氚核三种粒子氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场E E
20、1 1, ,之后进入电场线竖直之后进入电场线竖直向下的匀强电场向下的匀强电场E E2 2发生偏转发生偏转, ,最后打在屏上最后打在屏上. .整个装置处于真空中整个装置处于真空中, ,不计粒子重不计粒子重力及其相互作用力及其相互作用, ,那么那么( ( ) )A.A.偏转电场偏转电场E E2 2对三种粒子做功一样多对三种粒子做功一样多B.B.三种粒子打到屏上时的速度一样大三种粒子打到屏上时的速度一样大C.C.三种粒子运动到屏上所用时间相同三种粒子运动到屏上所用时间相同D.D.三种粒子一定打到屏上的同一位置三种粒子一定打到屏上的同一位置ADAD规律方法规律方法 带电粒子在匀强电场中偏转的几个推论带
21、电粒子在匀强电场中偏转的几个推论(2)(2)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子, ,不论不论m,qm,q是否相同是否相同, ,只只要要 相同相同, ,即比荷相同即比荷相同, ,则偏转距离则偏转距离y y和偏转角和偏转角相同相同. .(3)(3)若以相同的初动能若以相同的初动能E Ek0k0进入同一个偏转电场进入同一个偏转电场, ,只要只要q q相同相同, ,不论不论m m是否相同是否相同, ,则偏转距离则偏转距离y y和偏转角和偏转角相同相同. .( (教师备用教师备用) )例例2-1:2-1:如图所示是示波管的原理示意图如图所示是示波管的原理
22、示意图. .电子从灯丝发射出来经电压为电子从灯丝发射出来经电压为U U1 1的电场加速后的电场加速后, ,通过加速极板通过加速极板A A上的小孔上的小孔O O1 1射出射出, ,沿中心线沿中心线O O1 1O O2 2进入进入M,NM,N间的间的偏转电场偏转电场,O,O1 1O O2 2与偏转电场方向垂直与偏转电场方向垂直, ,偏转电场的电压为偏转电场的电压为U U2 2, ,经过偏转电场的经过偏转电场的右端右端P P1 1点离开偏转电场点离开偏转电场, ,然后打在垂直然后打在垂直O O1 1O O2 2放置的荧光屏上的放置的荧光屏上的P P2 2点点. .已知平已知平行金属极板行金属极板M,
23、NM,N间距离为间距离为d,d,极板长度为极板长度为L,L,极板的右端与荧光屏之间的距离极板的右端与荧光屏之间的距离为为L.L.不计电子之间的相互作用力及其所受的重力不计电子之间的相互作用力及其所受的重力, ,且电子离开灯丝时的且电子离开灯丝时的初速度可忽略不计初速度可忽略不计. .(1)(1)求电子通过求电子通过P P1 1点时偏离中心线点时偏离中心线O O1 1O O2 2的距离的距离. .(2)(2)若若O O1 1O O2 2的延长线交于屏上的延长线交于屏上O O3 3点点, ,而而P P2 2点到点到O O3 3点的距离称为偏转距离点的距离称为偏转距离y,y,单位单位偏转电压引起的偏
24、转距离偏转电压引起的偏转距离( (即即y/Uy/U2 2) )称为示波管的灵敏度称为示波管的灵敏度. .求该示波管的灵敏求该示波管的灵敏度度. .针对训练针对训练2-12-1:(:(多选多选) )如图所示如图所示, ,电子在电势差为电子在电势差为U U1 1的加速电场中由静止开的加速电场中由静止开始运动始运动, ,然后射入电势差为然后射入电势差为U U2 2的两块平行极板间的电场中的两块平行极板间的电场中, ,射入方向跟极板射入方向跟极板平行平行, ,整个装置处在真空中整个装置处在真空中, ,重力可忽略重力可忽略, ,在满足电子能射出平行板区的条在满足电子能射出平行板区的条件下件下, ,下述四
25、种情况中下述四种情况中, ,一定能使电子的偏转角一定能使电子的偏转角变大的是变大的是( ( ) )ABABA.UA.U1 1不变不变,U,U2 2变大变大B.UB.U1 1变小变小,U,U2 2变大变大C.UC.U1 1变大变大,U,U2 2变小变小D.UD.U1 1变小变小,U,U2 2变小变小达标测评达标测评 随堂演练随堂演练检测效果检测效果1.1.下列关于匀强电场中场强和电势差的关系下列关于匀强电场中场强和电势差的关系, ,正确的说法是正确的说法是( ( ) )A.A.任意两点之间的电势差任意两点之间的电势差, ,等于场强和这两点间距离的乘积等于场强和这两点间距离的乘积B.B.在任何方向
26、上在任何方向上, ,若两点间距离相等若两点间距离相等, ,则它们之间电势差就相等则它们之间电势差就相等C.C.沿着电场线方向沿着电场线方向, ,任何相同距离上的电势降落必定相等任何相同距离上的电势降落必定相等D.D.电势降落的方向必定是电场强度的方向电势降落的方向必定是电场强度的方向C C解析解析: :匀强电场中电势差与场强的关系匀强电场中电势差与场强的关系U=EdU=Ed中的中的d d是两点沿电场线方向的距离是两点沿电场线方向的距离, ,并不是两点间的距离并不是两点间的距离,A,A错误错误. .两点距离相等两点距离相等, ,两点沿电场线方向的距离不一定两点沿电场线方向的距离不一定相等相等,B
27、,B错误错误. .由由U=Ed=U=Ed=ELcosELcos , ,可知可知C C正确正确; ;电势降落最快的方向必定是电场电势降落最快的方向必定是电场强度的方向强度的方向,D,D错误错误. .2.2.如图实线为某电场的电场线如图实线为某电场的电场线, ,虚线为等势线虚线为等势线, ,已知已知c c为线段为线段abab的中点的中点, ,过过a,ba,b的等势线的电势分别为的等势线的电势分别为30 V30 V和和10 V.10 V.则则c c点的电势点的电势( ( ) )C C3.3.如图所示如图所示, ,匀强电场场强匀强电场场强E=100 V/E=100 V/m,A,Bm,A,B两点相距两点
28、相距10 10 cm,A,Bcm,A,B连线与电场连线与电场方向夹角为方向夹角为6060, ,则则U UBABA的值为的值为( ( ) )A.-10 VA.-10 VB.10 VB.10 VC.-5 VC.-5 VD.5 VD.5 VC C4.4.如图所示的示波管如图所示的示波管, ,当两偏转电极当两偏转电极XX,YYXX,YY电压为零时电压为零时, ,电子枪发射的电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间( (图示坐标的图示坐标的O O点点, ,其中其中x x轴与轴与XXXX电场的场强方向重合电场的场强方向重合,x,x轴正方向垂直于纸面向
29、里轴正方向垂直于纸面向里,y,y轴与轴与YYYY电电场的场强方向重合场的场强方向重合).).若要电子打在图示坐标的第若要电子打在图示坐标的第象限象限, ,则则( ( ) )A.X,YA.X,Y极接电源的正极极接电源的正极,X,Y,X,Y接电源的负极接电源的负极B.X,YB.X,Y极接电源的正极极接电源的正极,X,Y,X,Y接电源的负极接电源的负极C.X,YC.X,Y极接电源的正极极接电源的正极,X,Y,X,Y接电源的负极接电源的负极D.X,YD.X,Y极接电源的正极极接电源的正极,X,Y,X,Y接电源的负极接电源的负极解析解析: :若要使电子打在图示坐标的第若要使电子打在图示坐标的第象限象限,
30、 ,电子在电子在x x轴上向负方向偏转轴上向负方向偏转, ,则应使则应使XX接正极接正极,X,X接负极接负极; ;电子在电子在y y轴上也向负方向偏转轴上也向负方向偏转, ,则应使则应使YY接正接正极极,Y,Y接负极接负极, ,所以选项所以选项D D正确正确. .D D5.5.如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线, ,将带电荷量为将带电荷量为q=-1.0q=-1.01010-6-6 C C的点电荷由的点电荷由A A点沿水平线移至点沿水平线移至B B点点, ,克服电场力做了克服电场力做了2 21010-6-6 J J的功的功, ,已知已知A,BA,B间间的距离为的距离为2 cm. 2 cm. (1)(1)试求试求A,BA,B两点间的电势差两点间的电势差U UABAB; ;(3)(3)试求该匀强电场的大小试求该匀强电场的大小E E并判断其方向并判断其方向. .答案答案: :(1)2 V(1)2 V(2)-1 V(2)-1 V(3)200 V/m(3)200 V/m沿电场线斜向下沿电场线斜向下
