高中物理示波器的奥秘讲义.pptx

教室的电源是直流电源还是还是交流电源？可以用什么仪器来显示它的电压随时间变化的情况？示波器的面板示波器的面板本节学习任务本节学习任务 1.了解示波器的用途和基本工作原理了解示波器的用途和基本工作原理;2.能综合运用力学知识和电场知识研究带能综合运用力学知识和电场知识研究带电粒电粒 子在电场中加速、偏转等典型问题子在电场中加速、偏转等典型问题;3.了解示波管的构造了解示波管的构造,理解示波管的工作原理解示波管的工作原理理.第六节第六节 示波器的奥秘示波器的奥秘一、示波器的用途一、示波器的用途 显示电压随时间变化的情况。显示电压随时间变化的情况。力、光、温度等的变化可以通过传力、光、温度等的变化可以通过传感器转化为电压的变化，然后用示感器转化为电压的变化，然后用示波器来研究。波器来研究。二、示波器的基本工作原理二、示波器的基本工作原理 带电粒子在电场力的作用下带电粒子在电场力的作用下加速和偏转，屏幕上的亮线是由电加速和偏转，屏幕上的亮线是由电子束高速撞击荧光屏产生的。子束高速撞击荧光屏产生的。三、带电粒子的加速三、带电粒子的加速 如图所示，两平行金属板间如图所示，两平行金属板间的电压为的电压为U，板间是一个匀强电，板间是一个匀强电场。设有电量为场。设有电量为+q、质量为、质量为m的的带电粒子从正极板处由静止开始带电粒子从正极板处由静止开始向负极板运动（忽略重力的作用）向负极板运动（忽略重力的作用）分析带电粒子受力情况和运动情况；推导出带电分析带电粒子受力情况和运动情况；推导出带电粒子到达负极板的速度。粒子到达负极板的速度。解解法法一一运运用用牛牛顿顿第第二二定定律律和和匀匀变变速速直直线运动的知识求解线运动的知识求解解法二运用动能定理求解解法二运用动能定理求解哪种方法更好？总结：总结：1、在处理电场对带电粒子的在处理电场对带电粒子的加速加速问题时，一问题时，一般都是利用般都是利用动能定理动能定理进行处理。进行处理。2、关于带电粒子受重力是否忽略的问题。、关于带电粒子受重力是否忽略的问题。基本粒子：如电子、质子、基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等，一粒子、离子等，一般可以忽略。般可以忽略。带电颗粒：如尘埃、液滴、小球等，一般不能忽带电颗粒：如尘埃、液滴、小球等，一般不能忽略。略。【例题例题例题例题1 1】下列粒子从初速度为零的状态，经过电压为下列粒子从初速度为零的状态，经过电压为U的的电场后，那种粒子的速度最大？电场后，那种粒子的速度最大？A.质子质子 B.氘核氘核 C.粒子粒子 D.钠离子钠离子四、带电粒子在电场中的偏转四、带电粒子在电场中的偏转 两平行导体板水平放置，极板长度为两平行导体板水平放置，极板长度为l,板间距离为板间距离为d,板间的电压为板间的电压为U,有有 一质量一质量为为m、电荷量为、电荷量为+q的带电粒子以水平速度的带电粒子以水平速度 进入板间的匀强电场。进入板间的匀强电场。(不考虑重力）不考虑重力）1、分析粒子的受力和运动情况，将、分析粒子的受力和运动情况，将其运动分解。其运动分解。2、求：、求：(1)粒子通过偏转电场所用时粒子通过偏转电场所用时间间t；（；（2）时间）时间t内的竖直位移内的竖直位移y；（；（3）粒子在时间粒子在时间t内的竖直速度内的竖直速度Vy;(4)粒子的偏转粒子的偏转角。角。四四四四.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中作带电粒子在电场中作带电粒子在电场中作带电粒子在电场中作类平抛运动类平抛运动类平抛运动类平抛运动时时时时 间：间：间：间：加速度：加速度：加速度：加速度：把其运动可分解为：把其运动可分解为：水平方向的匀速直线运动水平方向的匀速直线运动 竖直方向的匀加速运动竖直方向的匀加速运动电场方向的位移：电场方向的位移：电场方向的位移：电场方向的位移：电场方向的速度：电场方向的速度：电场方向的速度：电场方向的速度：出电场时的方向：出电场时的方向：出电场时的方向：出电场时的方向：【例例例例题题题题2 2】让让质质子子、氘氘核核的的混混合合物物沿沿着着与与电电场场垂垂直直的的方方向向进进入入同同一一匀匀强强电电场场，要要使使它它们们最最后后的的偏偏转转角角相相同同，这这些些粒粒子子必须是：必须是：A.具有相同的初速度具有相同的初速度 B.具有相同的初动能具有相同的初动能 C.具有相同的质量具有相同的质量 D.经同一电场由静止加速经同一电场由静止加速【答案答案答案答案】B DB D【例题例题例题例题3 3】例题：如图所示，一个质量为例题：如图所示，一个质量为m m、带电量为、带电量为q q的粒的粒子，由静止开始，先经过电压为子，由静止开始，先经过电压为U U1 1的电场加速后，再垂直的电场加速后，再垂直于场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中。两金属板于场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中。两金属板板长为板长为l l，间距为，间距为d d，板间电压为，板间电压为U U2 2。求粒子射出两金属板。求粒子射出两金属板间时偏转的距离间时偏转的距离y y和偏转的角度和偏转的角度。分析:这个例题包含有加速和偏转两个物理过程加速过程使粒子获得速度v0，由动能定理偏转过程经历的时间偏转过程加速度所以偏转的距离 偏转的角度 讨论：讨论：（1）偏转的距离）偏转的距离y和偏转的角度和偏转的角度都仅由加速电都仅由加速电场和偏转电场的情况决定，与带电粒子的电量、场和偏转电场的情况决定，与带电粒子的电量、质量无关。质量无关。（2）要增大偏转的距离）要增大偏转的距离y和偏转的角度和偏转的角度，可采，可采取的措施有：减少加速电压取的措施有：减少加速电压U1或增大偏转电压或增大偏转电压U2等。等。示波器就是根据这一原理制成的。五、示波管的工作原理五、示波管的工作原理五、示波管的工作原理五、示波管的工作原理 1、怎样使阴极发射出电子？、怎样使阴极发射出电子？2、控制极与阴极之间的电场是什么方向？电子从、控制极与阴极之间的电场是什么方向？电子从阴极到控制极是加速还是减速？如果要减少单位时阴极到控制极是加速还是减速？如果要减少单位时间内通过控制极的电子数，该采取什么措施？间内通过控制极的电子数，该采取什么措施？3、控制极与第一阳极间、第一阳极与第二阳极间、控制极与第一阳极间、第一阳极与第二阳极间、第二阳极与第三阳极间电场方向如何？电子从控制第二阳极与第三阳极间电场方向如何？电子从控制极到第三阳极是加速还是减速？极到第三阳极是加速还是减速？4、竖直偏转电极和水平偏电极分别有什么作用？、竖直偏转电极和水平偏电极分别有什么作用？如果它们的电压都为如果它们的电压都为0，在荧光屏上可看到什么现象，在荧光屏上可看到什么现象？5、如果水平偏转电极两端电压为、如果水平偏转电极两端电压为0，在竖直偏转电，在竖直偏转电极加正弦式交变电压，在荧光屏上可看到什么现象极加正弦式交变电压，在荧光屏上可看到什么现象？6、如果竖直偏转电极两端电压为、如果竖直偏转电极两端电压为0，水平偏，水平偏转电极两端由机内提供扫描电压，在荧光屏转电极两端由机内提供扫描电压，在荧光屏上可看到什么现象？上可看到什么现象？7、简述示波器的工作原理。示波器是一种阴极射线管。灯丝通电后给阴极加热，使示波器是一种阴极射线管。灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射电子。电子经阳极和阴极间的电场加速聚焦后形阴极发射电子。电子经阳极和阴极间的电场加速聚焦后形成一很细的电子束射出，电子打在管底的荧光屏上，形成为成一很细的电子束射出，电子打在管底的荧光屏上，形成为一个小亮斑。亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节竖直一个小亮斑。亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节竖直偏转极与水平偏转极上的电压大小来控制。如果加在竖直板偏转极与水平偏转极上的电压大小来控制。如果加在竖直板上的电压是随时间正弦变化的信号，并在水平偏转板加上适上的电压是随时间正弦变化的信号，并在水平偏转板加上适当的偏转电压，荧光屏上就会显示一条正弦曲线当的偏转电压，荧光屏上就会显示一条正弦曲线原理原理小结小结1、带电粒子的加速、带电粒子的加速方法一：根据动力学和运动学方法求解（只适用匀强电场）方法一：根据动力学和运动学方法求解（只适用匀强电场）方法二：根据动能定理求解（任何情况均可适用）方法二：根据动能定理求解（任何情况均可适用）2、带电粒子的偏转（类似于平抛运动）、带电粒子的偏转（类似于平抛运动）（1）带电粒子在电场中偏转的分解）带电粒子在电场中偏转的分解（2）带电粒子飞出电场的时间：）带电粒子飞出电场的时间：（3）带电粒子离开电场时速度的大小）带电粒子离开电场时速度的大小（4）带电粒子离开电场时的偏角）带电粒子离开电场时的偏角（5）带电粒子离开电场时偏转的侧位移）带电粒子离开电场时偏转的侧位移y3、示波器的原理示波器的原理