物理3-1示波管的工作原理

第3讲 电势差[目标定位] 1.理解电势差，了解电势差与电场力做功之间的关系，会用公式W ＝qU AB 进行有关的计算.2.了解电势差与电场强度之间的关系，会用公式E ＝U ABd进行有关的计算.3.了解示波管的工作原理．一、电势差与电场力做功1．电势差：电场中两点电势的差值叫做电势差；设A 点电势为φA ，B 点电势为φB ，则A 、B 两点的电势差U AB ＝φA －φB ；电势差在电路中也称为电压，用符号U 表示． 2．电场力做功与电势差的关系：W AB ＝qU AB ，电势差的单位是V.3．在争辩原子、原子核的时候，常用电子伏特做能量单位，1eV ＝1.60×10－19_J.二、电场强度与电势差的关系在匀强电场中，电场强度等于沿场强方向单位距离上的电势差，即E ＝Ud ，E 是匀强电场的场强，d 是沿电场强度方向的距离，上式说明电场强度的单位可以为V/m.想一想 电场中A 、B 两点间的电势差大，那么两点间场强肯定大吗？答案 场强是指沿电场线方向每单位距离上的电势差，A 、B 两点间的距离不清楚，所以两点间场强不能确定大小关系．三、示波管的工作原理1．示波器的构成：主要由电子枪、偏转板和荧光屏组成．2．工作原理：电子在加速电场中被加速，在偏转电场中发生偏转，飞出平行金属板后做匀速直线运动． 想一想 示波管两对偏转电极要是都不加电压，荧光屏上会消灭什么图象？若只加竖直方向上的恒定电压，荧光屏上会消灭什么图象？答案 两个偏转电极都不加偏转电压，则电子不会进行偏转，所以会打在荧光屏的中心形成一个亮斑；若只加竖直方向上的恒定电压，则电子在竖直方向上偏转，且偏转距离相同，在荧光y 轴上消灭一个亮斑.一、电势差与电场力做功 1．电势差与电势的关系(1)讲到电势差时，必需指明是哪两点间的电势差，A 、B 间的电势差记为U AB, B 、A 间的电势差记为U BA . (2)电势差的正负表示电场中两点电势的相对凹凸，若U AB ＞0，则φA ＞φB ；若U AB ＜0，则φA ＜φB . (3)电场中两点间的电势差与电势零点的选取无关．2．对公式W AB ＝qU AB 或U AB ＝W ABq的理解 (1) U AB ＝W ABq可以看成电势差的定义式，是按比值法定义的物理量．电势差U AB 由电场本身打算，与q 、W AB 无关．(2)在一般的计算中，各物理量都要带入符号，即W AB 、U AB 、q 均可正可负，其中W AB 取正号表示从A 点移动到B 点时静电力做正功，W AB 取负号表示从A 点移动到B 点时静电力做负功，做负功时也可以说成电荷克服电场力做了功．(3)留意：用公式W AB ＝qU AB 或U AB ＝W ABq计算时W 与U 的角标要对应．例1 在电场中把一个电荷量为－6×10－8C 的点电荷从A 点移到B 点，电场力做功为－3×10－5J ，将此电荷从B 点移到C 点，电场力做功4.5×10－5J ，求A 点与C 点间的电势差． 答案 －250V解析 求解电势差可有两种方法：一种是电场力做的功与电荷量的比值，另一种是两点间电势的差值． 法一 把电荷从A 移到C 电场力做功 W AC ＝W AB ＋W BC＝(－3×10－5＋4.5×10－5) J ＝1.5×10－5J. 则A 、C 间的电势差U AC ＝W AC q ＝1.5×10－5－6×10－8V ＝－250V . 法二 U AB ＝W AB q ＝－3×10－5－6×10－8V ＝500V.U BC ＝W BC q ＝4.5×10－5－6×10－8V ＝－750V .则U AC ＝U AB ＋U BC ＝(500－750)V ＝－250V .借题发挥 (1)电场力做功与路径无关，只与始、末两点的位置有关，故W AC ＝W AB ＋W BC .(2)在利用公式U AB ＝W ABq进行有关计算时，有两种处理方案，方案一：各量均带正负号运算．但代表的意义不同．W AB 的正、负号表示正、负功；q 的正、负号表示电性，U AB 的正、负号反映φA 、φB 的凹凸．计算时W 与U 的角标要对应，即W AB ＝qU AB ，W BA ＝qU BA .方案二：确定值代入法．W 、q 、U 均代入确定值，然后再结合题意推断电势的凹凸．二、电场强度与电势差的关系1．公式U ＝Ed 和E ＝Ud只适用于匀强电场的定量计算，其中d 为A 、B 两点沿电场方向的距离．2．电场中A 、B 两点的电势差U 跟电荷移动的路径无关，由电场强度E 及A 、B 两点沿电场方向的距离d 打算．3．E ＝Ud 说明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，且场强方向就是电势降低最快的方向．4．在非匀强电场中，公式E ＝U d 可用来定性分析问题，由E ＝Ud 可以得出结论：在等差等势面越密的地方场强就越大，如图1甲所示．再如图乙所示，a 、b 、c 为某条电场线上的三个点，且距离ab ＝bc ，由于电场线越密的地方电场强度越大，故U ab ＜U bc .图1例2 如图2所示，在xOy 平面内有一个以O 为圆心、半径R ＝0.1m 的圆，P 为圆周上的一点，O 、P 两点连线与x 轴正方向的夹角为θ.若空间存在沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小E ＝100V/m ，则O 、P 两点的电势差可表示为( )图2A ．U OP ＝－10sin θ(V)B ．U OP ＝10sin θ(V)C ．U OP ＝－10cos θ(V)D ．U OP ＝10cos θ(V)答案 A解析 在匀强电场中，U OP ＝－E ·R sin θ＝－10sin θ(V)，故A 对．借题发挥 正确理解公式U ＝Ed 或E ＝Ud 各量的物理含义，特殊是d 的物理意义，是分析场强与电势差关系的关键．例3 如图3所示，MN 板间匀强电场E ＝2.4×104N/C ，方向竖直向上．场上A 、B 两点相距10cm ，AB 连线与电场方向夹角θ＝60°，A 点和M 板相距2cm ，图3(1)此时U BA 等于多少；(2)一点电荷Q ＝5×10－8C ，它在A 、B 两点电势能差为多少；若M 板接地，A 点电势是多少；B 点电势是多少．答案 (1)－1200V (2)6×10－5J －480V －1680V解析 在匀强电场中等势面与电场线垂直，且φA 大于φB ，所以U BA ＝φB －φA 为负值．又由于在匀强电场中E ＝Ud，则U AB ＝E ·d AB . 已知AB 与电场线夹角60°，则AB 与等势面夹角30°，d AB ＝s AB ·sin30°＝12s AB ＝5cm ＝0.05m ，U AB ＝2.4×104×0.05V ＝1200V即U BA ＝－U AB ＝－1200V .正电荷在电势高处电势能大，电势能差为： ΔE p ＝E p A －E p B ＝QU AB ＝5×10－8×1200J ＝6×10－5J若M 板接地，M 板电势为0，A 点电势比零低，U MA ＝φM －φA ＝Ed MA ＝480V ， 则φA ＝－480V ，φB ＝－480V －1200V ＝－1680V . 三、示波管的工作原理1．偏转板不加电压时：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑．2．在XX ′(或YY ′)加电压时：若所加电压稳定，则电子被加速，偏转后射到XX ′(或YY ′)所在直线上某一点，形成一个亮斑(不在中心)．3．示波管实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压．一般地，加在竖直偏转板上的电压是要争辩的信号电压，加在水平偏转板上的电压是扫描电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压在一个周期内随时间变化的波形图．例4 示波管原理图如图4所示，当两偏转板XX ′、YY ′电压为零时，电子枪放射出的电子经加速电压加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标的O 点，其中x 轴与XX ′电场场强方向重合，x 轴正方向垂直纸面指向纸内，y 轴与YY ′电场场强方向重合)．若要电子打在图示坐标的第Ⅲ象限，则( )图4A ．X 、Y 极接电源的正极，X ′、Y ′接电源的负极B ．X 、Y ′极接电源的正极，X ′、Y 接电源的负极C ．X ′、Y 极接电源的正极，X 、Y ′接电源的负极D ．X ′、Y ′极接电源的正极，X 、Y 接电源的负极 答案 D解析 将粒子的运动沿着x 、y 和初速度方向进行正交分解，沿初速度方向不受外力，做匀速直线运动；打在第三象限，故经过YY ′区间时电场力向下，即Y 接负极；打在第三象限，故经过XX ′区间时电场力向外，即X 接负极；故选 D.电势差与电场力做功1．有一带电荷量q ＝－3×10－6C 的点电荷，从电场中的A 点移到B 点时，克服电场力做功6×10－4J ．从B 点移到C 点电场力做功9×10－4J. (1)AB 、BC 、CA 间电势差各为多少；(2)如以B 点电势为零，则A 、C 两点的电势各为多少； 电荷在A 、C 两点的电势能各为多少．答案 (1)U AB ＝200V U BC ＝－300V U CA ＝100V (2)φA ＝200V φC ＝300V E p A ＝－6×10－4J E p C ＝－9×10－4J解析 电荷由A 移到B 克服电场力做功即电场力做负功，W AB ＝－6×10－4J.U AB ＝W AB q ＝－6×10－4－3×10－6V ＝200V .U BC ＝W BCq ＝9×10－4－3×10－6V ＝－300V .U CA ＝－(U AB ＋U BC )＝100V .(2)若φB ＝0，由U AB ＝φA －φB ，得φA ＝U AB ＝200V . 由U BC ＝φB －φC 得φC ＝φB －U BC ＝0－(－300) V ＝300V .电荷在A 点的电势能E p A ＝qφA ＝－3×10－6×200J ＝－6×10－4J. 电荷在C 点的电势能E p C ＝qφC ＝－3×10－6×300J ＝－9×10－4J. 对电场强度与电势差的关系理解2．如图5所示，a 、b 、c 是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a 至c ，a 、b 间的距离等于b 、c 间的距离，用φa 、φb 、φc 和E a 、E b 、E c 分别表示a 、b 、c 三点的电势和电场强度，可以断定( )图5A ．E a ＞E b ＞E cB ．φa ＞φb ＞φcC ．φa －φb ＝φb －φcD ．E a ＝E b ＝E c答案 B解析 由“沿着电场线的方向，电势越来越低”知：φa ＞φb ＞φc ，断定选项B 对；因这一电场线不能确定就是匀强电场中的电场线，故选项C 、D 不能断定是否正确；这一电场线也不能断定就是正点电荷形成的电场中的一条电场线，故选项A 不能断定是否正确．正确答案为选项B.3．如图6所示，匀强电场的电场强度E ＝100V/m ，A 、B 两点相距0.1m ，A 、B 连线与电场线的夹角θ＝60°，则A 、B 两点的电势差为________．图6 答案 5V解析 AB 沿电场强度方向上的投影的长度： d ＝AB cos θ＝0.1×cos60°m ＝0.05m ， U AB ＝Ed ＝100×0.05V ＝5V .题组一 电势 电势差与电场力做功 1．下列说法正确的是( )A ．电势差与电势一样，是相对量，与零点的选取有关B ．电势差是一个标量，但是有正值和负值之分C ．由于电场力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关D ．A 、B 两点的电势差是恒定的，不随零电势点的不同而转变，所以U AB ＝U BA 答案 BC解析 电势具有相对性、与零点的选择有关．而电势差是标量，有正、负之分，但大小与零点的选择无关．故A 错误，B 正确；由于U AB ＝φA －φB ，U BA ＝φB －φA 故U AB ＝－U BA ，故D 错误；电势差为电场中两点电势之差，与移动电荷的路径无关，故C 正确．2．在某电场中，A 、B 两点间的电势差U AB ＝60V ，B 、C 两点间的电势差U BC ＝－50V ，则A 、B 、C 三点电势凹凸关系是( ) A ．φA ＞φB ＞φC B ．φA ＜φC ＜φB C ．φA ＞φC ＞φBD ．φC ＞φB ＞φA答案 C解析 由于U AB ＝φA －φB ＝60V ＞0，所以φA ＞φB ，又U BC ＝φB －φC ＝－50V ＜0，所以φB ＜φC ，又U AC ＝U AB ＋U BC ＝60V ＋(－50V)＝10V ＞0，所以φA ＞φC ，故φA ＞φC ＞φB .正确选项为C.3．如图1所示为一个点电荷电场的电场线(实线)和等势线(虚线)，两相邻等势线间的电势差为4V ，有一个带电荷量为q ＝1.0×10－8C 的负电荷从A 点沿不规章曲线移到B 点，静电力做功为________J.图1答案 －4.0×10－8解析 W AB ＝qU AB ＝－1.0×10－8×4J ＝－4.0×10－8J.题组二 对公式U ＝Ed 和E ＝Ud 的理解与应用4．对公式E ＝U abd 的理解，下列说法正确的是( )A ．此公式适用于计算任何电场中a 、b 两点间的电势差B ．a 点和b 点间距离越大，则这两点的电势差越大C ．公式中d 是指a 点和b 点之间的距离D ．公式中的d 是a 、b 两个等势面间的垂直距离 答案 D解析 公式E ＝U abd 只适用于匀强电场，A 错，公式中的d 是a 、b 两个等势面间的垂直距离，a 点和b 点间距离大，等势面间的垂直距离不肯定大，故B 、C 错，D 正确．5．如图2所示，A 、B 两点相距10cm ，E ＝100V/m ，AB 与电场线方向的夹角θ＝120°，则A 、B 两点间的电势差为( )图2 A ．5VB ．－5VC ．10VD ．－10V答案 B解析 A 、B 两点在场强方向上的距离d ＝AB ·cos (180°－120°)＝10×12cm ＝5cm.由于φA ＜φB ，则依据U ＝Ed得U AB ＝－Ed ＝－100×5×10－2V ＝－5V .6．如图3所示，三个同心圆是一个点电荷四周的三个等势面，已知这三个圆的半径成等差数列．A 、B 、C 分别是这三个等势面上的点，且这三点在同一条电场线上．A 、C 两点的电势依次为φA ＝10V 和φC ＝2V ，则B 点的电势是( )图3A ．肯定等于6VB ．肯定低于6VC ．肯定高于6VD ．无法确定答案 B解析 从等势面的疏密可以看出E A ＞E B ＞E C ，又AB ＝BC ，由公式U ＝Ed 可以推断U AB ＞U BC ，所以φB ＜6V . 7．如图4所示，匀强电场的场强大小为1×103N/C ，ab 、dc 与电场方向平行，bc 、ad 与电场方向垂直，ab ＝dc ＝4cm ，bc ＝ad ＝3cm ，则下述计算结果正确的是( )图4A．a、b之间的电势差为4000VB．a、c之间的电势差为50VC．将q＝－5×10－3C的点电荷沿矩形路径abcda移动一周，静电力做的功为零D．将q＝－5×10－3C的点电荷沿abc或adc从a移动到c，静电力做的功都是－0.25J答案 C解析U ab＝E·ab＝1×103×0.04V＝40V，选项A错误；U ac＝U ab＝40V，选项B错误；将负点电荷移动一周，电势差为零，静电力做功为零，故选项C正确；W ac＝qU ac＝－5×10－3×40J＝－0.2J，选项D错误．题组三对示波管工作原理的考查8．如图5是示波管的原理图．它由电子枪、偏转板(XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空．给电子枪通电后，假如在偏转板XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点．图5(1)带电粒子在________区域是加速的，在________区域是偏转的．(2)若U YY′＞0，U XX′＝0，则粒子向________板偏移，若U YY′＝0，U XX′＞0，则粒子向________板偏移．答案(1)ⅠⅡ(2)Y X9．示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转板和荧光屏组成，如图6所示．假如电子打在荧光屏上，在P点消灭一个稳定的亮斑，那么示波管中的()图6A．极板Y应带正电B．极板Y′应带正电C．极板XX′上应加一个与时间成正比的电压D．极板XX′上应加一个恒定不变的电压答案AD 解析电子受力方向与电场方向相反，因电子向X方向偏转，则电场方向为X到X′，则X带正电，即极板X的电势高于极板X′.同理可知Y带正电，即极板Y的电势高于极板Y′，故A正确，B错误；假如在水平偏转电极上加上随时间均匀变化的电压，则电子因受偏转电场的作用，打在荧光屏上的亮点便沿水平方向匀速移动，故C错误，D正确．故选：AD.题组四综合应用10．一个带正电的质点，电荷量q＝2.0×10－9C，在静电场中由a点移到b点，在这过程中，除电场力外，其他力做的功为6.0×10－5J，质点的动能增加了8.0×10－5J，则a、b两点间电势差φa－φb为()A．3.0×104V B．1.0×104VC．3.0×104V D．－1.0×104V答案 B解析在a点移到b过程有动能定理W ab＋W其他＝ΔE k得a到b电场力所做的功W ab＝2.0×10－5J，则φa－φb＝U ab＝W abq＝2.0×10－52.0×10－9V＝1.0×104V.11．如图7所示，三条曲线表示三条等势线，其电势φC＝0，φA＝φB＝10V，φD＝－30V，将电荷量q＝1.2×10－6C的正电荷在该电场中移动．图7(1)把这个电荷从C移到D，电场力做功多少；(2)把这个电荷从D移到B再移到A，电势能变化多少．答案见解析解析(1)U CD＝φC－φD＝30VW CD＝qU CD＝1.2×10－6×30J＝3.6×10－5J(2)U DA＝φD－φA＝(－30－10) V＝－40VW DA＝qU DA＝1.2×10－6×(－40) J＝－4.8×10－5J所以电势能应当增加4.8×10－5J.12．如图8所示，一簇平行线为未知方向的匀强电场的电场线，沿与此平行线成60°角的方向，把2×10－6C 的负电荷从A 点移到B 点，电场力做功为4×10－6J ．已知A 、B 间距为2cm ，求解下列问题：图8(1)在图上用箭头标出电场强度方向； (2)AB 间的电势差U AB ； (3)匀强电场的场强E 的大小．答案 (1)电场方向如图 (2)－2V (3)200V/m 解析 (1)电场强度方向如图所示．(2)AB 间电势差U AB ＝W AB q ＝4×10－6－2×10－6V ＝－2V .(3)电场强度E ＝－U ABd cos60°＝200V/m.13．如图9所示，P 、Q 两金属板间的电势差为50V ，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d ＝10cm ，其中Q 板接地，两板间的A 点距P 板4cm.求：图9(1)P 板及A 点的电势；(2)保持两板间的电势差不变，而将Q 板向左平移5cm ，则A 点的电势将变为多少． 答案 (1)－50V －30V (2)－10V解析 板间场强方向水平向左，可见Q 板是电势最高处．Q 板接地，则电势φQ ＝0，板间各点电势均为负值．利用公式E ＝Ud 可求出板间匀强电场的场强，再由U ＝Ed 可求出各点与Q 板间的电势差，即各点的电势值．(1)场强E ＝U d ＝5010×10－2V·m －1＝5×102V·m －1 Q 、A 间电势差U QA ＝Ed ′＝5×102×(10－4)×10－2V ＝30V 所以A 点电势φA ＝－30V ， P 点电势φP ＝U PQ ＝－50V . (2)当Q 板向左平移5cm 时两板间距离d ′＝(10－5) cm ＝5cmQ 板与A 点间距离变为d ″＝(10－4) cm －5cm ＝1cm 电场强度E ′＝U d ＝505×10－2V·m －1 ＝1.0×103V·m －1Q 、A 间电势差U QA ＝E ′d ″＝1.0×10－3×1.0×10－2V ＝10V 所以A 点电势φA ＝－10V ．。

示波管原理
示波管是一种测量仪器，它能在一段时间内连续地记录波形。

它由许多对具有一定相位关系的示波管组成，这些示波管的工作
原理基本相同，只是部分管壁的颜色不同而已。

示波管是由许多
对具有一定相位关系的管组成的，其中两个管壁厚，而另外两个
管壁薄。

当施加电压时，两个管壁便会产生微小的位移，使其中
一个管壁产生微小的振动，并被另一个管壁记录下来。

利用示波
管所记录下的波形来分析电路参数是一种最方便、最有效的方法。

在电子电路中，常采用示波管作为测量仪器。

示波管是一种测量仪器，它由一个大屏幕和一组小屏幕组成。

大屏幕上有一个显示器和一个光电转换器；小屏幕上有两个光电
转换器和一个计数器。

示波管最早是由德国工程师鲁道夫？施泰
因发明的。

他是电子工业之父。

1914年他在柏林大学担任物理
系教授时开始设计制造示波管，并于1918年在美国纽约卡内基
科学研究所首次发表了它的设计图纸。

示波管由若干个具有不同
相位关系的示波管组成，通常是六个（或更多）。

—— 1 —1 —。

示波管(选修3-1第一章：静电场的第九节带电粒子在电场中的运动)★★★○○示波管构造及功能(如图所示)①电子枪：发射并加速电子。

②偏转电极YY′：使电子束竖直偏转(加信号电压)；偏转电极XX′：使电子束水平偏转(加扫描电压)。

示波管的工作原理偏转电极XX′和YY′不加电压，电子打到屏幕中心；若只在XX′之间加电压，电子只在X 方向偏转；若只在YY′之间加电压，电子只在Y方向偏转；若XX′加扫描电压，YY′加信号电压，屏上会出现随信号而变化的图象。

（2016北京石景山1模）示波器是一种用来观察电信号的电子仪器，其核心部件是示波管，下图是示波管的原理图。

示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。

电子从灯丝K发射出来（初速度可不计），经电压为U0的加速电场加速后，以垂直于偏转电场的方向先后进入偏转电极YY'、XX'。

当偏转电极XX´、YY´上都不加电压时，电子束从电子枪射出后，沿直线运动，打在荧光屏的中心O 点，在那里产生一个亮斑。

若要荧光屏上的A 点出现亮斑，则A ．电极X 、Y 接电源的正极，X´、Y´接电源的负极B ．电极X 、Y´接电源的正极，X´、Y 接电源的负极C ．电极X´、Y 接电源的正极，X 、Y´接电源的负极D ．电极X´、Y´接电源的正极，X 、Y 接电源的负极 【答案】B1、在示波管中，2s 内有6×1013个电子通过横截面大小不知的电子枪，则示波管中电流大小为A 、4.8×10-6AB 、3×10-13AC 、9.6×10-6AD 、无法确定【答案】A【精细解读】电流等于单位时间内通过导体横截面的电量A sC t ne t q I 61923108.42106.1106--⨯=⨯⨯⨯===，A 对；2、示波管工作时，电子经电压U 1加速后以速度v 0垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h ，两平行板间距离为d ，电势差是U 2，板长是L .为提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量)，可采用以下哪些方法( )A ．增大两板间电势差U 2B ．尽可能使板长L 短一些C ．使加速电压U 1升高一些D ．尽可能使板距d 小一些 【答案】D甲 示波管的结构 乙 荧光屏（甲图中从右向左看）A 电子枪 偏转电极X X'Y Y'Y'YX'荧光屏O K- +U 0 O【精细解读】在加速电场中2112eU mv =，偏转电场中，221,,2eU L t y at a v md===，联立可得2214U L y U d =，提高示波管的灵敏度，即增大2y U ，又2214y L U U d=所以L 长一些，U 1降低一些，d 小一些，D 对。

示波管工作原理
示波管是一种电子管，由阴极、阳极和控制栅极组成。

它通过电子束在荧光屏上做定向扫描，实现对电压波形的显示。

示波管工作原理如下：
1. 阳极电压：示波管内阳极电压较高，通常为数百伏特，以加速电子，使其具有足够的能量穿过阴极孔。

2. 阴极发射电子：阴极受到加热，在高温下发射电子。

发射出的电子会尽量往阳极方向运动。

3. 聚焦电极：示波管内部有一个或多个聚焦电极，通过调整聚焦电极的电压，可以控制电子束的聚焦程度，使其呈现尖锐的扫描轨迹。

4. 垂直偏转：示波管的垂直偏转是通过控制栅极的电压来实现的。

通过改变栅极电压，可以在荧光屏上实现电子束的上下位移，从而显示不同的电压信号。

5. 水平偏转：示波管的水平偏转是通过外部电压源提供的周期性方波信号来实现的。

水平偏转电压控制电子束在水平方向上的位移速度，从而显示时间序列。

6. 荧光屏：电子束撞击荧光屏时，会引起荧光屏上的荧光粉发光，形成一条亮丝，亮丝的位置和亮度与输入的电压信号相关。

通过控制垂直和水平偏转电压，示波管可以呈现出输入信号的波形图像，用于观察和分析电压的变化。

2.5 电子束在示波管中的运动-沪科教版选修3-1教案
1. 概述
示波管是一种用于显示电信号波形的仪器，其核心部分为显像管，即电视机中所使用的显像管。

在显像管中通过电子束扫描荧光层并发出光信号以显示波形。

本文将详细介绍电子束在示波管中的运动过程。

2. 电子束的发射
电子束由阴极发射器发射，发射器内通过热力学效应或光电效应将金属表面的电子释放出来，形成电子云。

然后在带有负电压的阳极的作用下，电子云被加速并成为一束电子，即电子束。

3. 电子束的聚焦
当电子束被加速后，它将通过聚焦系统，由聚集在一起的场线将电子束限制在一个小小的区域内，形成非常细小的电子束。

聚焦电极会产生一个强电场，使束中一些电子的轨迹被转向，从而让束的强度更加集中，从而让电子束能够通过非常小的孔以达到更细小的尺寸。

4. 电子束的依次扫描
一旦电子束聚焦完成，它将被引导到显像管的磁场中。

磁铁沿水平方向施加磁场，使电子束保持在一个平面上，并在X 方向上进行扫描。

电子束沿着X 轴移动，扫描整个荧光屏幕后，移动到下一行并继续扫描，直到整个屏幕完成扫描。

然后，电子束将返回到荧光屏幕的左上角，准备下一个循环。

5. 总结
电子束在示波管中的运动是一个精密的过程，需要多个系统的合作。

通过控制电子束的聚焦，依序扫描和屏幕的亮度，电子束可以生成出准确的波形图像。

9带电粒子在电场中的运动知识内容带电粒子在电场中的运动考试要求必考加试b d课时要求1。

会从力和能量角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。

2。

能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题.3。

了解示波管的基本原理.一、带电粒子的加速1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受到的重力一般远小于静电力，故可以忽略．2．带电粒子的加速：(1）运动分析：带电粒子从静止释放,将沿电场力方向在匀强电场中做匀加速运动．(2)末速度大小：根据qU＝错误!mv2，得v＝错误!。

二、带电粒子的偏转如图1所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力），以初速度v0平行于两极板进入匀强电场,极板长为l,极板间距离为d，极板间电压为U。

图11．运动性质：（1）沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动．(2)垂直v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动．2．运动规律：（1）偏移距离:因为t＝错误!，a＝错误!，所以偏移距离y＝错误!at2＝错误!.（2)偏转角度：因为v y＝at＝错误!,所以tan θ＝错误!＝错误!.［即学即用]判断下列说法的正误．(1）质量很小的粒子如电子、质子等，在电场中受到的重力可忽略不计．（√）(2)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的直线运动问题．（×)（3)带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动．（√)（4）带电粒子在匀强电场中偏转时，可用平抛运动的知识分析．（√）（5）带电粒子在匀强电场中偏转时，若已知进入电场和离开电场两点间的电势差以及带电粒子的初速度，可用动能定理求解末速度大小．（√)一、带电粒子的加速[导学探究]如图2所示,平行板电容器两板间的距离为d,电势差为U.一质量为m、带电荷量为q的α粒子,在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动．（2）、(3)结果用字母表示．图2(1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计（α粒子质量是质子质量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg,电荷量是质子的2倍)．（2)α粒子的加速度是多大？在电场中做何种运动？(3）计算粒子到达负极板时的速度大小（尝试用不同的方法求解)．答案（1)α粒子所受电场力大、重力小;因重力远小于电场力，故可以忽略重力．(2）α粒子的加速度为a＝错误!.在电场中做初速度为0的匀加速直线运动．(3）方法1利用动能定理求解．由动能定理可知qU＝错误!mv2v＝错误!.方法2利用牛顿运动定律结合运动学公式求解．设粒子到达负极板时所用时间为t，则d＝错误!at2v＝ata＝错误!联立解得v＝错误!。

示波管的工作原理
示波管是一种电子设备，用于显示电信号的波形。

它是一种真空管，由电子枪、聚焦系统、偏转系统和荧光屏组成。

示波管的工作原理是利用电子束在荧光屏上形成亮度变化的图形。

电子枪会发射出高速电子流，这些电子会被聚焦系统聚焦成一个细小的电子束。

然后，偏转系统会控制电子束的方向和位置，使其在荧光屏上形成所需的图形。

荧光屏会发出光线，显示出电信号的波形。

示波管的工作原理可以用以下步骤来描述：
1. 电子枪发射电子流：电子枪中的热阴极会发射出电子流，这些电子会被加速电极加速，形成高速电子束。

2. 聚焦系统聚焦电子束：电子束会通过聚焦系统，聚焦成一个细小的电子束，以便在荧光屏上形成清晰的图形。

3. 偏转系统控制电子束的方向和位置：偏转系统中的偏转板会根据输入的电信号，控制电子束的方向和位置，使其在荧光屏上形成所需的图形。

4. 荧光屏发出光线：当电子束撞击荧光屏时，荧光屏会发出光线，显示出电信号的波形。

示波管的工作原理使其成为电子工程师和科学家们进行电信号测量
和分析的重要工具。

它可以显示出电信号的波形、频率、幅度和相位等信息，帮助人们更好地理解和分析电信号的特性。

同时，示波管也被广泛应用于电子设备的调试和维修中，帮助人们快速定位和解决故障问题。

示波管的工作原理是利用电子束在荧光屏上形成亮度变化的图形。

它是一种重要的电子设备，被广泛应用于电信号测量、分析和电子设备的调试和维修中。

高二物理(选修3-1)第一章 静电场1.1 库仑定律1．电荷：自然界中只存在两种电荷，即正电荷和负电荷．用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为正电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为负电荷．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．2．电荷量：电荷量是指物体所带电荷的多少．单位是库仑，字母为“C”．物体不带电的实质是物体带有等量的异种电荷．3．元电荷：电子所带电荷量e =1.6⨯10-19C ，全部带电体的电荷量都是e 的整数倍，因此电荷量e 称为元电荷．4．点电荷：点电荷是一种志向化的模型，当带电体的尺寸比它们之间的距离小得许多，以致带电体的大小、形态对相互作用力影响不大时，这样的带电体就可以看做点电荷．5．物体带电方法：（1）摩擦起电；（2）感应起电；（3）接触起电．6．电荷守恒定律：电荷既不能创建，也不能歼灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移过程中电荷总量保持不变．7．库仑定律：（1）适用条件：① 真空中，②点电荷（2）公式：221rQ Q k F = 说明：①两个点电荷间的相互作用力是一对作用力与反作用力，不论两个带电体的电量是否相等，甚至相差悬殊，但它们间的作用力肯定大小相等、方向相反，并与它们的质量无关．②匀称带电的圆球、圆板、圆环，等效为电荷都集中在球心、圆心．③微观粒子（如电子、质子）间的万有引力比它们之间的库仑力小得多，万有引力通常忽视不计，电荷在电场中受力分析时，一般状况下物体的重力不计．1.2 电场强度 电场力的性质1．电场：（1）电场：带电体四周存在的一种物质，是电荷间相互作用的媒体．它是一种看不见的客观存在的物质．它具有力的特性和能的特性．（2）电场最基本的性质：对放入电场中的电荷由电场力的作用．（3）电场力：放入电场中的电荷受到电场的力的作用，此力叫电场力．2．电场强度E ：描述电场力的性质的物理量（1）定义：放入电场中某点的电荷所受电场力与此电荷所带电荷量的比值，叫电场强度．（2）定义式：q F E /=．（3）物质性：电场是电荷四周客观存在的物质，电荷之间的相互作用力通过电场而发生．（4）客观性：场强是描述电场力的性质的物理量，只由电场本身确定．电场中某点的场强与检验电荷的电性和电量q 无关，与检验电荷所受的电场力F 无关，即使无检验电荷存在，该点的场强依旧是原有的值．（5）矢量性：电场中某点的电场强度方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向．与放在该点的负电荷受的电场力的方向相反．（6）场强大小推断：a ．依据电场力推断：q F E /=b ．依据电场线推断：只与电场线疏密有关，与电场线方向无关．c ．依据匀强电场中电势差推断：E=U/d（7）电场强度的计算：q F E /=（定义式，普遍适用）2rQ kE =（用于真空中点电荷形成的电场） U/d E =（用于匀强电场） 3．电场线：在电场中画出一系列从正电荷动身到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一样，这些曲线就叫做电场线．（1）电场线是为了形象地表示电场的方向和强弱引入的假想线，它不是电场中实际存在的线．电场线也不是电荷在电场中运动的轨迹．（2）电场线的疏密表示场强的大小，电场线越密的地方，其场强就越大．（3）电场线上某点的切线方向即该点的场强力向，也就是正电荷在该点所受电场力的方向．（4）静电场的电场线是不闭合的曲线，总是从正电荷(或无穷远处)发出，终止于负电荷(或无穷远处)．在没有电荷的地方电场线不会中断，也不会相交．正电荷肯定要发出电场线，负电荷肯定要接收电场线．（5）电场线不会相交或相切．4．电场的叠加：同时存在几个产生电场的场源时，电场中某点的合场强是各场源单独在该点产生场强的矢量和．1.3 电势 电场能的性质1．电势差U AB ：（1）定义：电荷在电场中，由一点A 移动到另一点B 时，电场力所做的功与移动电荷电荷量的比值W AB /q ，叫做A 、B 两点间的电势差，用U AB 表示．（2）定义式：U AB =W AB /q ．（3）电势差是标量，但有正负，正负表示电势的凹凸．2．电势φ：描述电场能的性质的物理量（1）定义：电势实质上是和标准位置的电势差．即电场中某点的电势，在数值上等于把单位正电荷从某点移到标准位置（零电势点）时电场力所做的功．（2）定义式：φA =U A∞= W A∞/q ．（3）电势是标量，但有正负，正负表示该点电势比零电势点高还是低．（4）电势凹凸推断：a ．依据移动检验电荷做功推断：移动正电荷电场力做正功(负功)时，电势着陆(上升)；移动负电荷电场力做正功(负功)时，电势上升(着陆)．b ．依据电场线推断：沿着电场线方向，电势越来越低，逆着电场线方向电势越来越高．c ．依据场源电荷推断：离正电荷越近，电势越高，离场源负电荷越近，电势越低．d ．依据电势差推断：AB U >0，则A 点电势比B 点高；AB U <0，则A 点电势比B 点低．3．电势能E P ：（1）电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能量叫电荷的电势能．（2）电势能是标量．（3）电场力做功与电势能的变更的关系：电场力对电荷做正功，电荷的电势能削减，做功量等于电势能的削减量；电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加，做功量等于电势能的增加量，即W电=－△E P （类比于W G =－△E P ）．4．电场力做功的计算：（1）依据电势能的变更与电场力做功的关系计算：即W 电=－△E P ．（2）应用公式W AB =qU AB 计算：①正负号运算法：依据符号规约把电量q 和移动过程的始、终两点的电势差U AB 的值代入公式W AB =qU AB ．②肯定值运算法：公式中的q 和U AB 都取肯定值代入计算，功的正负再另推断：当正（或负）电荷从电势较高的点移动到电势较低的点时，是电场力做正功（或电场力做负功）；当正（或负）电荷从电势较低的点移动到电势较高的点时，是电场力做负功（或电场力做正功）．5．等势面：（1）定义：电场中电势相同的点构成的面叫做等势面．（2）等势面的特点：①等势面是为了形象描述电场中各点电势凹凸分布而引入的假想图，不是电场中实际存在的面．②同一等势面上各点间的电势差为零，电荷在等势面上移动时电场力不做功．③电场线垂直于等势面，并指向电势降低最快的方向．④等势面不相交．⑤电场强度较大的地方，等差的等势面较密．⑥电场线的描绘：利用电场线和等势面的垂直关系，先描绘出电场中的等势面，再画出电场线．6．匀强电场中场强和等势面的关系：在匀强电场中，沿着场强方向的两点间的电势差等于电场强度跟这两点间距离的乘积，即U =Ed ，也可理解为：在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿场强方向上单位长度的电势着陆，即E =U/d ．1.4 电容器 带电粒子在电场中的运动1．电容器、电容（1）电容器：两个彼此绝缘又相互靠近的导体可构成一个电容器．（2）电容：描述电容器容纳电荷本事的物理量．①定义：电容器所带的电荷量Q （一个极板所带电荷量的肯定值）与两个极板间电势差U 的比值，叫做电容器的电容． ②定义式：U Q U Q C ∆∆==．电容C 由电容器本身的构造因素确定，与电容器所带电量Q 和充电电压U 无关．③单位：1F=106μF=1012pF④几种电容器（a ）平行板电容器：平行板电容器的电容跟介电常数ε成正比，跟正对面积S 成正比，跟两板间的距离d 成反比，即kdS C πε4=． 带电平行板电容器两极板间的电场可认为是匀强电场，板间场强为U/d E =．（b ）固定电容器、可变电容器、电解电容器．电解电容器接入电路时应留意其极性．2． 带电体在电场中的运动（1）平衡（静止或匀速）：仅在电场力和重力作用下满意mg qE =（2）加速（1）能量：在任何电场中，若只有电场力做功，有21222121mv mv qU -=． （2）动力学：在匀强电场中，若只有电场力作用，带电体做匀变速运动，其加速度为mEq a =． （3）偏转当不计重力的带电粒子以肯定初速垂直电场方向进入匀强电场时，粒子的运动为类平抛运动，其轨迹是抛物线．当带电粒子的质量为m ，电量为q ，两平行金属板板长为l ，距离为d ，板间电压为U ，当带电粒子以初速v 0平行于两板进入电场时，两板间的场强为dU E =． 在垂直于场强方向上，粒子做匀速直线运动：t v x v v 0x ==,0．在平行于场强方向上粒子做初速度为零的匀加速直线运动：m qE a =，221,t mqE y t m qE v y ==． 离开电场时，粒子在板间的运动时间为0v l t =﹔ 沿电场力方向上的位移为;2212022mdv qUl at y == 速度方向上的偏转角为φ，200tan mdv qUl v v y==φ．（4）圆周运动带电粒子在点电荷形成的径向辐射状分布的静电场中，可做匀速圆周运动．如氢原子核外电子的绕核运动．此时有rv m r Qqk 22=． 3．示波器：（1）构造：示波器的核心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极、荧光屏组成．（2）示波管的基本工作原理：利用两组正交的偏转极板，可以限制电子打在荧光屏上的位置．示意图如右：两组偏转电极分别限制电子在水平、竖直方向的偏转．一般在水平偏转电极上加扫描电压（从左向右周期性扫描），在竖直偏转电极上加须要探讨的信号．（3）示波器面板开关与旋钮的作用：如图2-1-1所示为J2459型示波器的面板．①是辉度调整旋钮，标以“☼”符号，用来调整光点和图像的亮度． 顺时针旋转旋钮时，亮度增加．②是聚焦调整旋钮“⊙”，③是协助聚焦调整旋钮“○”，这两个旋钮协作着运用，能使电子射线会聚，在荧光屏上产生一个小的亮斑，得到清楚的图像．往下是电源开关和指示灯，用后盖板上的电源插座接通电源后，把开关扳向“开”的位置，指示灯亮，经过一两分钟的预热，示波器就可以运用了．荧光屏下边第一行中，④是竖直位移旋钮，⑤是水平位移旋钮，分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的位置． 它们中间的两个旋钮是“Y 增益”和“X 增益”旋钮，分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的幅度，顺时针旋转时，幅度增大．中间一行左边的大旋钮是衰减调整旋钮，它有1、10、100、1000四挡，最左边的“1”挡不衰减，其余各挡分别可使输入的电压衰减为原来的1/10、1/100、1/1000．运用它可以使图像在竖直方向的幅度减小为前一挡的1/10，最右边的正弦符号“～”挡不是衰减，而是由示波器内部供应竖直方向的沟通信号电压，可用来视察正弦波形或检查示波器是否正常工作．中间一行右边的大旋钮是扫描范围旋钮，也有四挡，可以变更加在水平方向的扫描电压的频率范围，左边第一挡是10～100Hz，向右旋转每上升一挡，扫描频率都增大10倍，最右边的是“外X”挡，运用这一挡时，机内没有加扫描电压，水平方向的电压可以从外部输入．中间的小旋钮是扫描微调旋钮，它可以在初定的频率范围内，进行连续微调，得到一确定的频率．顺时针转动时频率连续增加．底下一行中间的旋钮“Y输入”、“X输入”和“地”分别是竖直方向、水平方向和公共接地的输入接线柱．左边的“DC、AC”是竖直方向输入信号的直流、沟通选择开关，置于“DC”位置时，所加的信号电压是干脆输入的；置于“AC”位置时，所加信号电压是通过一个电容器输入的，它可以让沟通信号通过而隔断直流成分．右边的“同步”也是一个选择开关，置于“+”位置时，扫描由被测信号正半周起同步，置于“－”位置时，扫描由负半周起同步．这个开关主要在测量较窄的脉冲信号时起作用，对于正弦波、方波等，无论扳到“+”或“－”，都能很好地同步．对测量没有影响．。