第六節(jié) 示波器的奧秘
[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]
物理觀念:1.了解帶電粒子在電場(chǎng)中只受電場(chǎng)力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況.2.知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理.
科學(xué)思維:能綜合運(yùn)用力學(xué)和電學(xué)的知識(shí)分析、解決帶電粒子在電場(chǎng)中的兩種典型運(yùn)動(dòng)模型.
一、帶電粒子的加速
1.基本粒子的受力特點(diǎn):對(duì)于質(zhì)量很小的基本粒子,如電子、質(zhì)子等,它們受到重力的作用一般遠(yuǎn)小于靜電力,故可以忽略.
2.帶電粒子的加速:
(1)帶電粒子在電場(chǎng)中做加速直線運(yùn)動(dòng)的條件:只受電場(chǎng)力作用時(shí),初速度為零或電場(chǎng)力方向與初速度方向相同.
(2)質(zhì)量為m,電荷量為q的粒子從靜止開始,僅在電場(chǎng)力作用下,經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后,根據(jù)動(dòng)能定理qU=mv2,得粒子到達(dá)另一極板的速度v=.
二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)
如圖1所示,質(zhì)量為m、帶電荷量為q的基本粒子(忽略重力),以初速度v0平行于兩極板進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),極板長為l,極板間距離為d,極板間電壓為U.
圖1
(1)運(yùn)動(dòng)性質(zhì):
①沿初速度方向:速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng).
②垂直v0的方向:初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).
(2)運(yùn)動(dòng)規(guī)律:
①偏移距離:因?yàn)?i>t=,a=,所以偏移距離y=at2=.
②偏轉(zhuǎn)角度:因?yàn)?i>vy=at=,所以tanθ==.
三、示波器探秘
1.結(jié)構(gòu)
如圖2所示為示波管的結(jié)構(gòu)圖.
圖2
1.燈絲 2.陰極 3.控制極 4.第一陽極 5.第二陽極 6.第三陽極 7.豎直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
8.水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 9.熒光屏
示波器的核心部件是示波管,示波管外部是一個(gè)抽成真空的玻璃管,
內(nèi)部主要有:
(1)電子槍:由發(fā)射電子的燈絲及加速電極(陰極、陽極)組成;
(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng):水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),豎直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng);
(3)熒光屏.
2.原理:
(1)掃描電壓:XX′偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形掃描電壓;
(2)燈絲被電源加熱后,出現(xiàn)熱電子發(fā)射,發(fā)射出來的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后,以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),如果在YY′偏轉(zhuǎn)極板上加一個(gè)隨時(shí)間正弦變化的信號(hào)電壓,在XX′偏轉(zhuǎn)極板上加上適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)電壓,在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)按YY′偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象.
1.判斷下列說法的正誤.
(1)質(zhì)量很小的粒子如電子、質(zhì)子等,在電場(chǎng)中受到的重力可忽略不計(jì).(√)
(2)動(dòng)能定理能分析勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題,不能分析非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題.(×)
(3)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí),加速度不變,粒子的運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng).(√)
(4)示波管電子槍的作用是產(chǎn)生高速飛行的電子束,偏轉(zhuǎn)電極的作用是使電子束偏轉(zhuǎn),打在熒光屏不同位置.(√)