計算釋疑

摘 要:學習了電視機顯像管的工作原理之后學生就會自然地產生一個教材中所沒有提到的實際疑問:為什么顯像管中是運用線圈加偏轉磁場控制電子束，而沒有采用與示波管中類似的通過平行金屬板加偏轉電場來控制電子束，這可以通過兩道題目的計算解決。

關鍵詞:電偏轉 磁偏轉 掃描

《普通課程標準實驗教科書物理選修3-1》第三章第五節是磁場對運動電荷的作用力，在本節課的最后一部分介紹了電子束的磁偏轉，并且與實際相聯系講解了電視機顯像管的工作原理，以此來加深學生對帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的理解。學生學習后知道電視機是靠控制電子束的偏轉迅速打亮熒光屏上的所有點使熒光屏發光顯像，也知道了其中的電子束的偏轉控制叫做掃描。一說到掃描學生并不陌生，因為在之前第一章第九節帶電粒子在電場中的運動一節的示波管工作原理中就已經接觸到了掃描。于是很多學生就會自然地產生一個教材中所沒有提到的實際疑問:示波管和顯像管都是通過控制電子束偏轉而迅速掃描而顯示出圖像的，那為什么顯像管中是運用線圈加偏轉磁場控制電子束，而沒有采用與示波管中類似的通過平行金屬板加偏轉電場來控制電子束呢?

其實學生這個疑問的本質正是高中物理電磁學的一個重要問題電偏轉和磁偏轉的區別與聯系。學生既然產生了這樣的疑問就證明其對前后所學的知識進行了深入的思考，已經觀察出了電偏轉和磁偏轉的相同之處，也就是它們的聯系。這是教學的一個很好的契機，這時教師就可以通過以下兩道計算題的引入幫助學生探究出電偏轉和磁偏轉的重要區別。

首先是一道帶電粒子在勻強電場中的偏轉的計算題。

已知電子質量m=0.9×10-30kg，電量e=1.6×10-19C，電子以v0=-3.0×107m/s速度射入平行金屬板間，板間電壓U=200V，板間距d=2cm，板長l=6.0cm，若要求電子在熒光屏上的偏移距離y′=24cm，則板的末端與熒光屏的距離L為多少?(把兩板間電場看作勻強電場)

解析:設電子從板末端飛出時偏移量為y，偏轉角為?準，垂直于板方向的速度分量為vy

電子在板間做類平拋運動，在平行于板方向有l=v0t

這樣學生就能聯想到示波器的外形為什么是“小臉蛋長身軀”了，也大致感覺到了為什么電視機顯像管中不能用電場來控制電子束進行掃描。那么通過磁場就能很好地完成掃描任務嗎?這就可以通過另一道帶電粒子在勻強磁場中偏轉的計算題讓學生再來探究一下。

果然，電子束在磁場中的偏轉效果滿足實際的要求。實際上電視機偏轉線圈中的磁場在0.1T左右，比本例中的磁場還要強一些，所以實際的偏轉效果就會更好一些。

其實這兩道計算題是高中電磁學中常見的典型題目，也是高考的重要考點和一直以來高考的熱點;而電視機顯像管為什么不用電偏轉也是很多學生在前后聯系知識，構建自己的電磁學知識體系時很容易產生的一大困惑，也是教師容易忽視的問題。學生由于實際經驗的限制，不可能想到自己手頭經常會遇到的兩道題正是解決心頭這一困惑的法寶。這時的教師如果能為即將要探究的物理問題認真地創設一些情境，讓學生在觀察和體驗后有所發現、有所聯想，這樣就會達到幫助學生提高自主學習能力、養成良好的思維習慣、學會運用物理知識和科學探究方法解決一些問題的目的。在以上的兩個問題中教師就是將一些抽象的字母推導題引入實際生活中的數據改為數字計算題，再引導學生對算出的數據進行觀察分析，計算釋疑，學生心頭的困惑就會蕩然無存。同時學生也會由此牢固掌握電偏轉與磁偏轉的區別與聯系，在自己的電磁學知識體系中自然而牢牢地扣上了一環。無形中也讓學生感受到電磁場規律在科學技術、生產和生活應用中的重要基礎地位。最后教師的這一做法也是對具有一定的質疑能力的學生的一種鼓勵，激發了學生的學習興趣。

作者單位:遼寧省大連市第三中學