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2019年高考物理 雙基突破(二)專題06 靜電感應(yīng) 示波器精講.doc

  • 資源ID:6178436       資源大?。?span id="09tlnfr" class="font-tahoma">206.50KB        全文頁數(shù):12頁
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2019年高考物理 雙基突破(二)專題06 靜電感應(yīng) 示波器精講.doc

專題06 靜電感應(yīng) 示波器一、靜電平衡狀態(tài)1靜電感應(yīng)現(xiàn)象:處于電場(chǎng)中的導(dǎo)體,由于電場(chǎng)力的作用,電荷出現(xiàn)重新分布的現(xiàn)象。2靜電平衡狀態(tài):導(dǎo)體中(包括表面上)沒有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)。3靜電平衡狀態(tài)的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直。(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體,導(dǎo)體的表面為等勢(shì)面。(4)孤立帶電體凈電荷只分布在外表面上。 4靜電平衡實(shí)質(zhì)(1)在達(dá)到靜電平衡的過程中,外電場(chǎng)引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)方向相反,使合場(chǎng)強(qiáng)減小,隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加,合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小,直至合場(chǎng)強(qiáng)為零,自由電荷的定向移動(dòng)停止。(2)靜電平衡的條件:導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為零,即E合0?!绢}1】(多選)如圖所示,接地的金屬板右側(cè)有固定的點(diǎn)電荷+Q,a、b兩點(diǎn)是金屬板右側(cè)表面上的兩點(diǎn),其中a到+Q的距離較小,下列說法正確的是A由于靜電感應(yīng),金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電,左側(cè)表面帶正電B由于靜電感應(yīng),金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電,左側(cè)表面不帶電C整個(gè)導(dǎo)體,包括表面上的a、b兩點(diǎn),是一個(gè)等勢(shì)體,且電勢(shì)等于零Da、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零,且a、b兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向相同【答案】CD【題2】一個(gè)帶有絕緣底座的空心金屬球殼A上均勻帶有4108C的正電荷,有絕緣柄的金屬小球B上帶有2108C的負(fù)電荷,使B球與球殼A內(nèi)壁接觸。如圖所示,則A、B帶電荷量分別為AQA1108C,QB1108C BQA2108C,QB0CQA0,QB2108C DQA4108C,QB2108C【答案】B【特別提醒】(1)一個(gè)孤立的帶電體,在自身所帶電荷的電場(chǎng)中,處于靜電平衡狀態(tài),具有靜電平衡的所有特點(diǎn)。(2)人與大地都是導(dǎo)體,在人摸(觸)導(dǎo)體的過程中,帶電體、人、大地組成一個(gè)新導(dǎo)體,達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。【題3】(多選)如圖所示,水平放置的金屬板正上方有一固定的正點(diǎn)電荷Q,一表面絕緣的帶電的小球(可視為質(zhì)點(diǎn)且不影響Q的電場(chǎng)),從左端以初速度v0滑上金屬板,沿光滑的上表面向右運(yùn)動(dòng)到右端,在該運(yùn)動(dòng)的過程中A小球做勻速直線運(yùn)動(dòng) B小球做先減速,后加速的運(yùn)動(dòng)C小球的電勢(shì)能保持不變 D電場(chǎng)力對(duì)小球所做的功為零【答案】ACD【解析】水平放置的金屬板處于點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中而達(dá)到靜電平衡狀態(tài),是一個(gè)等勢(shì)體,其表面電場(chǎng)線處處與表面垂直,所以小球運(yùn)動(dòng)時(shí)只在豎直方向上受力的作用,在水平方向上不受力的作用,故帶電小球(表面絕緣,電荷量不變)在導(dǎo)體表面滑動(dòng)時(shí),電場(chǎng)力不做功,故小球做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以A、C、D選項(xiàng)正確。 罩內(nèi),再靠近帶電體,箔片不再張開,說明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響。(2)接地的封閉導(dǎo)體殼,內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)外部沒有影響如一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷q。由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷。其電場(chǎng)線如圖甲所示,當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后,q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼外空間就沒有影響了,如圖乙所示?!咎貏e提醒】(1)接地的空腔導(dǎo)體,腔外電場(chǎng)對(duì)腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響,腔內(nèi)電場(chǎng)對(duì)腔外空間也不產(chǎn)生影響,即內(nèi)外互不影響。(2)空腔導(dǎo)體不接地,腔外電場(chǎng)對(duì)腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響,腔內(nèi)電場(chǎng)對(duì)腔外空間產(chǎn)生影響?!绢}4】(多選)右圖中P是一個(gè)帶電體,N是一個(gè)不帶電的金屬空腔,在哪些情況下,放在絕緣板上的小紙屑(圖中S)不會(huì)被吸引【答案】AD【題5】如圖所示,在真空中,把一個(gè)絕緣導(dǎo)體AB向帶負(fù)電的小球P緩慢靠近(不相碰),下列說法中正確的是AB端的感應(yīng)電荷越來越多B導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)越來越大C導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)恒大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)D感應(yīng)電荷在M、N兩點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)相等【答案】C【解析】絕緣導(dǎo)體AB緩慢靠近帶負(fù)電的小球P的過程中,導(dǎo)體AB始終處于靜電平衡狀態(tài)其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)一直為零。由于外電場(chǎng)越來越強(qiáng),導(dǎo)體B端的感應(yīng)電荷會(huì)越來越多,由于外電場(chǎng)在M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)恒大于N點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng),而感應(yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)與外電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向相反,所以感應(yīng)電荷在M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)恒大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)。 點(diǎn)評(píng):靜電可以被人們利用,目前,靜電的應(yīng)用已有多種,如靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印等方面,但依據(jù)的物理原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)微粒在靜電力作用下奔向并吸附到電極上?!绢}8】隨著人們生活水平的提高,各種家用電器日益走入我們的居家生活,而家用電器所產(chǎn)生的靜電荷會(huì)被人體吸收并積存起來,加之居室內(nèi)墻壁和地板多屬絕緣體,空氣干燥,因此更容易受到靜電干擾。由于老年人的皮膚相對(duì)年輕人干燥以及老年人心血管系統(tǒng)的老化、抗干擾能力減弱等因素,因此老年人更容易受靜電的影響。心血管系統(tǒng)本來就有各種病變的老年人,靜電更會(huì)使病情加重。過高的靜電還常常使人焦躁不安、頭痛、胸悶、呼吸困難、咳嗽。我們平時(shí)生活中就應(yīng)當(dāng)采取措施,有效防止靜電,下列可行的是室內(nèi)要勤拖地、勤灑些水 要勤洗澡、勤換衣服選擇柔軟、光滑的化纖類衣物盡量避免使用化纖地毯和塑料為表面材料的家具ABC D【答案】C【題9】如圖所示,B是帶有絕緣支架的空腔帶電金屬球殼,A是驗(yàn)電器,A、B相距較遠(yuǎn),導(dǎo)線C的一端接驗(yàn)電器的金屬球。下列現(xiàn)象正確的是A將C的另一端與B的外殼接觸,驗(yàn)電器的金屬箔張開B將C的另一端與B的內(nèi)表面接觸,驗(yàn)電器的金屬箔張開C將C的另一端與B的外殼接觸,驗(yàn)電器的金屬箔不張開D將C的另一端與B的內(nèi)表面接觸,驗(yàn)電器的金屬箔不張開【答案】AB五、示波管的工作原理1示波管的構(gòu)造示波器是可以用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化情況的一種電子儀器,其核心部分是示波管,它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成,如圖所示,管內(nèi)抽成真空。各部分作用為:(1)電子槍:發(fā)射并加速電子;(2)豎直偏轉(zhuǎn)電極:使電子束豎直偏轉(zhuǎn)(加信號(hào)電壓);(3)水平偏轉(zhuǎn)電極:使電子束水平偏轉(zhuǎn)(加掃描電壓);(4)熒光屏:顯示圖象。2示波管的原理示波器的基本原理是帶電粒子在電場(chǎng)力作用下的加速和偏轉(zhuǎn)(1)偏轉(zhuǎn)電極不加電壓:從電子槍射出的電子將沿直線運(yùn)動(dòng),射到熒光屏的中心點(diǎn)形成一個(gè)亮斑。(2)僅在XX(或YY)加電壓,若所加電壓穩(wěn)定,則電子流被加速、偏轉(zhuǎn)后射到XX(或YY)所在直線上某一點(diǎn),形成一個(gè)亮斑(不在中心)在圖中,設(shè)加速電壓為U1,電子電荷量為e,質(zhì)量為m,由WEk得eU1mv。在電場(chǎng)中的側(cè)移yat2t2,其中d為兩板的間距。水平方向tL/v0,又tan由以上各式得熒光屏上的側(cè)移yyLtan(L+)tan(L+)(L為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)左側(cè)到光屏的距離)。(3)示波管實(shí)際工作時(shí),豎直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板都加上電壓,一般加在豎直偏轉(zhuǎn)板上的電壓是要研究的信號(hào)電壓,加在水平偏轉(zhuǎn)板上的是掃描電壓,若兩者周期相同,在熒光屏上就會(huì)顯示出信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形圖。3亮點(diǎn)位置的確定(1)恒壓處理:分別在偏轉(zhuǎn)電極XX和YY所加的掃描電壓和波形電壓都是變化電壓,但其變化周期比電子經(jīng)過極板的時(shí)間要長(zhǎng)得多,相比之下,電子經(jīng)過極板的時(shí)間可當(dāng)作一個(gè)周期中的某“時(shí)刻”,所以在處理計(jì)算電子的偏轉(zhuǎn)距離時(shí),電子經(jīng)過極板的時(shí)間內(nèi)電壓可當(dāng)作恒定電壓來處理。例如,在YY上加信號(hào)電壓u220sin100t V,在t s時(shí)射入極板的電子,偏轉(zhuǎn)電壓可認(rèn)為是u220sin(100) V110 V不變。(2)雙向偏轉(zhuǎn)確定亮點(diǎn)的坐標(biāo)位置:電子在兩個(gè)方面的偏轉(zhuǎn)互不影響,均當(dāng)作類平拋運(yùn)動(dòng)處理。由X和Y方向同時(shí)刻加上的偏轉(zhuǎn)電壓Ux、Uy,通過式子xaxt2,yayt2等分別計(jì)算電子打在熒光屏上的側(cè)移距離x、y,則亮點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(x,y)。不同時(shí)刻偏轉(zhuǎn)電壓不同,亮點(diǎn)位置坐標(biāo)不同,因此連續(xù)打出的亮點(diǎn)按X、Y方向的信號(hào)電壓拉開排列成“線”。4XX掃描電壓的作用豎直平行放置的一對(duì)金屬板XX,加上偏轉(zhuǎn)電壓Ux后使電子束沿水平方向偏轉(zhuǎn),Ux稱為掃描電壓,波形如圖所示。不同時(shí)刻的偏轉(zhuǎn)電壓不同,由于側(cè)移距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比,電子在熒光屏上打出的亮點(diǎn)相對(duì)原點(diǎn)的位置不同,在一個(gè)周期T內(nèi),亮點(diǎn)沿x方向從負(fù)向最大側(cè)移經(jīng)原點(diǎn)O向正向最大移動(dòng),完成一次“掃描”,由于周期T很短,因此人眼觀察到的就是一條水平亮線。如果掃描電壓的頻率fx等于YY上所加波形電壓的頻率fy,則在熒光屏上顯示一個(gè)完整的波形;如果fy2fx,則Tx2Ty,水平掃描一次,豎直變化2次,因此得到兩個(gè)完整波形,依次類推?!绢}10】從陰極K發(fā)射的電子經(jīng)電勢(shì)差U04500 V的陽極加速后,沿平行于板面的方向從中央射入兩塊長(zhǎng)L110 cm,間距d4 cm的平行金屬板AB之后,在離金屬板邊緣L275 cm處放置一個(gè)直徑D20 cm的帶有記錄紙的圓筒(如圖所示),整個(gè)裝置放在真空內(nèi),電子發(fā)射的初速度不計(jì)。已知電子質(zhì)量m0.91030 kg,電子電荷量e1.601019 C,不考慮相對(duì)論效應(yīng)。若在兩金屬板上加上U1000cos2t(V)的交流電壓,并使圓筒繞中心軸按圖示方向以4 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),確定電子在記錄紙上的偏轉(zhuǎn)位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式并定性畫出1 s鐘內(nèi)所記錄的圖形。(電子穿過AB的時(shí)間很短,可認(rèn)為這段時(shí)間內(nèi)板間電壓不變)?!敬鸢浮縴cos2t(m)圖形見解析圖(1)由eU0mv得電子入射速度v0 m/s4107 m/s加交流電壓時(shí),A、B兩極間場(chǎng)強(qiáng)E2.5104cos2t(V/m)電子飛出板間時(shí)偏距y1at()2電子飛出板間時(shí)豎直速度vyat1電子從飛離極板至到達(dá)圓筒時(shí)偏距y2vyt2故在紙上記錄落點(diǎn)的總偏距yy1y2(L2+)cos2t(m)因圓筒每秒鐘轉(zhuǎn)2周,故在1 s內(nèi),電子在記錄紙上的偏轉(zhuǎn)圖形如圖所示。【總結(jié)】 (1)本例中沒有掃描極板XX,如果仍使用不動(dòng)的熒光屏,則只能在屏上打出一條豎直亮線轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒的作用等效加上掃描電壓,讓圖線沿水平方向“展開”,顯示波形。(2)示波管類問題解題流程注:x、y為在偏轉(zhuǎn)極板內(nèi)的偏轉(zhuǎn)位移,而不是在熒光屏上的偏轉(zhuǎn)位移?!绢}11】有一種電荷控制式噴墨打印機(jī)的打印頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。其中墨盒可以噴出極小的墨汁微粒,此微粒經(jīng)過帶電室后以一定的初速度垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后打到紙上,顯示出字符已知偏移量越小打在紙上的字跡越小,現(xiàn)要縮小字跡,下列措施可行的是A增大墨汁微粒的比荷B減小墨汁微粒進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的初動(dòng)能C減小偏轉(zhuǎn)極板的長(zhǎng)度D增大偏轉(zhuǎn)極板間的電壓【答案】C【題12】如果在示波器偏轉(zhuǎn)電極XX和YY上都沒加電壓,電子束從金屬板小孔射出后將沿直線運(yùn)動(dòng),打在熒光屏上,在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑。如果在偏轉(zhuǎn)電極XX上不加電壓,只在偏轉(zhuǎn)電極YY上加電壓,電子在偏轉(zhuǎn)電極YY的電場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn),離開偏轉(zhuǎn)電極YY后沿直線前進(jìn),打在熒光屏上的亮斑在豎直方向發(fā)生位移y,如圖乙所示。(1)設(shè)偏轉(zhuǎn)電極YY上的電壓為U、板間距離為d,極板長(zhǎng)為l1,偏轉(zhuǎn)電極YY熒光屏的距離為l2。電子所帶電荷量為e、質(zhì)量為m,以v0的速度垂直于電場(chǎng)強(qiáng)度方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng),如圖乙所示。試求y。(2)設(shè)電子從陰極射出后,經(jīng)加速電場(chǎng)加速,加速電壓為U,從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)的偏移量為y。在技術(shù)上我們把偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)內(nèi)單位電壓使電子產(chǎn)生的偏移量(即y/U)稱為示波管的靈敏度,試推導(dǎo)靈敏度的表達(dá)式,并提出提高靈敏度可以采用的方法?!敬鸢浮浚?)(l2+)(2)方法見解析設(shè)偏轉(zhuǎn)角度為,則tan,所以有l(wèi)2tan,即yyl2tan(l2+)。(2)電子在加速電場(chǎng)加速后,有mveU1,得v0電子在YY內(nèi)的加速度為a,電子在YY內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tl1,所以偏轉(zhuǎn)位移yat2,(1)(l2+)(2)方法見解析考點(diǎn)

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