--匀强电场中电势差与电场强度的关系--示波管原理课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,5,匀强电场中电势差与电场强度的关系,示波管原理,1,1.,知道匀强电场中电势差与电场强度的定量关系，了解其使用条件。,2.,会运用关系式,U=Ed,处理匀强电场问题。,3.,了解示波器的原理，体会静电场知识对科学技术的影响。,4.,会处理简单的加速类和偏转类问题。,2,描述电场的物理量,电场强度（,E),电场力,(F),F=qE,电势能的变化,W,AB,=qU,AB,电势差,(U,AB,),移动电荷,q,电场力做功,电 场,电荷,电场线,等势面,3,电场的两大性质：,力的性质：,能的性质：,由电场强度描述,可用电场线形象表示,由电势、电势差描述,可用等势面形象表示,4,1电场强度,E,描述了电场具有力的性质，电势,描述了电场具有能的性质，,E,是矢量，,是标量,2,E,和,描述电场的角度虽不同，但作为反映同一电场的两个物理量，存在着一定的联系,5,电场力（,F=Eq,）,电势能的变化,W,AB,=qU,AB,电场强度（,E,）,移动电荷,q,电场力,做功,?,电势差（,U,AB,）,我们来看：,6,一、电场强度和电势差的关系,我们以匀强电场为例来确定,E,和,U,的关系,.,如图所示的匀强电场中有,A,、,B,两点，,A,、,B,两点连线与电场线平行，,B,、,C,连线垂直电场线，已知场强大小为,E,，,A,、,B,两点间的电势差为,UAB,，,A,、,B,间距离为,d,，电荷,q,从,A,点移动到,B,点，回答下列问题：,(1),电荷所受电场力是多少？从力和位移的角度计算电场力所做功的大小通过,A,、,B,间的电势差计算电场力做功的大小,(2),比较两次计算的功的大小，电势差与电场强度有何关系？,(3),在图中，如果将电荷从,A,点移动到,C,点，再利用,(1),问的推导过程试着推导，能获得何结论？,(,已知,AB,与,AC,的夹角为,),(1),电场力做功,W,AB,=,qEd,W,AB,=,qU,AB,(2),电势差,U,AB,与电场强度,E,的关系,U,AB,=Ed.,(3)W,AC,=,qU,AC,=,qU,AB,.,电场力做功,W,AC,=,qELcos,=,qEd,.,7,所以，在匀强电场中,注意：在非匀强电场中，,E,和,U,也有一定的关系，但不像在匀强电场中的关系式那么简单,（,1,）在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差,（,2,）适用条件：匀强电场，而且沿着场强的方向，即式中的,d,是沿场强方向两点间的距离,（,3,）可知场强的单位,V,m,和,N,C,是一致的，,1V,m,1N,C,8,归纳总结,1.,关于公式,U,AB,=Ed,和,E=U/d,的几点注意,(1),公式,E=U/d,和,U,AB,=Ed,适用于匀强电场中电场强度、电势差的分析和计算,.,(,2),公式中的,d,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间的距离,.,(3),在非匀强电场中,应用公式,E=U/d,只能作出定性判断,:,电场中两点在沿电场线方向,(,即垂直等势面方向,),上的距离越小,电势差越大,则表示该处的电场强度就越大,.,2.U,AB,=Ed,的两个推论,(1),在匀强电场中,沿任意一个方向,电势下降都是均匀的,故在同一直线上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,n,段,则每段两端点间的电势差等于原电势差的,1/n.,(2),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,.,9,B,针对训练,：,如图所示，实线为某电场的电场线，虚线为等势面，已知,a,3 V,，,c,5 V,，,ab,bc,，则,(),A,b,4 V,B,b,4 V,C,b,4 V,D,以上情况均有可能,10,3.,电场强度的三个公式的区别,11,.,N,60,例,1,：如图，在匀强电场中的,M,、,N,两点距离为,2cm,，两点间的电势差为,5V,M,、,N,连线与场强方向成,60,角，则此电场的电场强度多大？,E,M,.,.,N,解：,根据 ，,得：,12,答案,:,(1)-4 V,12 V,(1)B,点和,C,点的电势,;,【,例,2】,如图,A,B,C,D,为一匀强电场中的四个点,它们正好是一个矩形的四个顶点,其中,AB=4,cm,AC,=4 cm,电场线与矩形所在平面平行,.,已知将,q=2.0,10,-9,C,的正电荷从,A,点移到,B,点,静电力做功,W,AB,=8.0,10,-9,J;,将这个电荷从,B,点移到,C,点电势能增加了,E,pBC,=3.2,10,-8,J,设,A,点电势为零,.,求,:,(2),匀强电场的电场强度大小和方向,.,13,答案,:,(2)200 V/m,方向由,C,指向,B,方法总结：,(1),确定所给点中电势最高和最低点,用直线将两点连接,.,(2),根据第三点的电势值,将,(1),中的直线平分为等距离的,n,段,.,(3),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势线,.,(4),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就作出电场线,;,也可根据,E=U/d,求解电场强度大小,14,针对训练,2,：图中,A,B,C,三点都在匀强电场中,已知,ACBC,ABC=60,BC=20 cm,把一个电荷量,q=10-5 C,的正电荷从,A,移到,B,电场力做功为零,;,从,B,移到,C,电场力做功为,-1.7310-3 J,则该匀强电场的电场强度大小和方向是,(,),A.865 V/m,垂直,AC,向左,B.865 V/m,垂直,AC,向右,C.1 000 V/m,垂直,AB,斜向上,D.1 000 V/m,垂直,AB,斜向下,D,E,15,练习：,关于匀强电场中的电势差与场强的关系，正确的说法是（）,A,任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积,B,电势降低的方向必定是场强方向,C,沿电场线方向任意相同距离的两点间的电势差必相等,D,不沿电场线方向任意相同距离的两点间的电势差不可能相等,C,16,解析：,匀强电场中两点间的电势差等于场强跟沿场强方向两点间距离的乘积，沿场强方向的电势降落最快，不沿电场线方向的直线上相等距离上的电势差也是相等的,17,示波管的工作原理,18,二、示波管原理,示波器作用：一种用来观察电信号随时间变化的电子仪,器。,它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏,组成，管内抽成真空。,19,1.,带电粒子在匀强电场中的加速,用牛顿运动定律分析,用动能定理分析,E,1,（加速电压）,20,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,1,、受力分析,:,水平向右的电场力,F,Eq=qU/d,F,2,、运动分析,:,初速度为零，加速度为,a=qU/md,的向右,匀加速直线运动。,1.,带电粒子在匀强电场中的加速,21,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,F,解法一运用运动学知识求解,解法二运用能量知识求解,粒子加速后的速度只与加速电压有关,1.,带电粒子在匀强电场中的加速,22,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,1,、受力分析,:,水平向右的电场力,F,Eq=qU/d,F,2,、运动分析,:,初速度为零，加速度为,a=qU/md,的向右,匀加速直线运动。,解法一运用运动学知识求解,解法二运用能量知识求解,23,思考：,如果两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？,由于电场力做功与场强是否变化无关，与运动路径也无关，因此第二种方法仍适用。,24,l,d,+,-,+,U,v,0,q,、,m,2.,带电粒子在匀强电场中的偏转,25,L,d,+,-,+,U,v,0,q,、,m,F,+,v,v,0,v,y,y,偏转角,侧移,试根据类平抛运动的知识，推导偏移量,y,和偏转角,2.,带电粒子在匀强电场中的偏转,26,1.,受力分析：粒子受到竖直向下的静电力,F,Eq,=,qU/d,。,2.,运动规律分析,:,粒子做,类平抛,运动。,x,方向：,匀速直线运动,y,方向：加速度为,的,匀加速直线运动,。,v,v,0,v,y,3.x,方向,4.y,方向,5,、离开电场时的偏转角度的正切：,y,v,0,v,y,F,v,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,v,0,Y,d,U,Y,q,l,27,结论：带电粒子以垂直于电场方向的初速度飞入匀强电场的问题就是一个,类平抛,的问题。,(1),粒子在与电场垂直的方向上做,匀速直线运动,(2),粒子在与电场平行的方向上做,初速度为零的匀加速直线运动,28,3.,带电粒子飞出匀强电场后做匀速直线运动,当带电粒子飞出匀强电场后，不再受到电场力的作用，因此它保持偏转角度不变，做,匀速直线运动,，直到打在荧光屏上，显示出荧光亮点。,29,例,2,：试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好像是从初速度所在直线的,中点沿直线,离开电场的。,x,30,B,1.,如图所示，,M,、,N,是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为,m,、电量为,+q,的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当,M,、,N,间电,压为,U,时，粒子到达,N,板的速度为,v,，如果要使这个带电粒子到达,N,板,的速度为,2,v,，则下述方法能满足要求的是,(),A,、使,M,、,N,间电压增加为,2U B,、使,M,、,N,间电压增加为,4U C,、使,M,、,N,间电压不变，距离减半,D,、使,M,、,N,间电压不变，距离加倍,31,2.,三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（）,A,、,b,和,c,同时飞离电场,B,、在,b,飞离电场的瞬间，,a,刚好打在下极板上,C,、进入电场时，,c,速度最大，,a,速度最小,D,、,c,的动能增量最小，,a,和,b,的动能增量一样大,BCD,32,3.,质量为,m,、带电量为,q,的粒子以初速度,v,从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为,0.5,，则下列说法中正确的是（）,A,、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25,B,、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25,C,、如果带电粒子的初速度为原来的,2,倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25,D,、如果带电粒子的初动能为原来的,2,倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25,ABD,33,4.,质子,(,质量为,m,、电量为,e),和二价氦离子,(,质量为,4m,、电量为,2e),以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为,，侧移之比为,。,与,电量,成正比,与,电量,成正比,2:1,2:1,34,5.,如图所示，在,P,板附近有一电子由静止开始向,Q,板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：,(),A.,两板间距离越大，加速的时间越长,B.,两板间距离越小，加速度就越大，则,电子到达,Q,板时的速度就越大,C.,电子到达,Q,板时的速度与板间距离无关，,仅与加速电压有关,D.,电子的加速度和末速度,都与板间距离无关,AC,35,1.,加速,2.,偏转,从动力学和运动学角度分析,从做功和能量的角度分析,类平抛运动的分析方法,粒子在与电场垂直的方向上做,匀速直线运动,粒子在与电场平行的方向上做,初速度为零的匀加速运动,一、匀强电场中电势差与电场强度的关系,二、示波管,36,