摘 要:學(xué)習(xí)了電視機(jī)顯像管的工作原理之后學(xué)生就會(huì)自然地產(chǎn)生一個(gè)教材中所沒(méi)有提到的實(shí)際疑問(wèn):為什么顯像管中是運(yùn)用線圈加偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制電子束，而沒(méi)有采用與示波管中類似的通過(guò)平行金屬板加偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)來(lái)控制電子束，這可以通過(guò)兩道題目的計(jì)算解決。

關(guān)鍵詞:電偏轉(zhuǎn) 磁偏轉(zhuǎn) 掃描

《普通課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-1》第三章第五節(jié)是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，在本節(jié)課的最后一部分介紹了電子束的磁偏轉(zhuǎn)，并且與實(shí)際相聯(lián)系講解了電視機(jī)顯像管的工作原理，以此來(lái)加深學(xué)生對(duì)帶電粒子在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的理解。學(xué)生學(xué)習(xí)后知道電視機(jī)是靠控制電子束的偏轉(zhuǎn)迅速打亮熒光屏上的所有點(diǎn)使熒光屏發(fā)光顯像，也知道了其中的電子束的偏轉(zhuǎn)控制叫做掃描。一說(shuō)到掃描學(xué)生并不陌生，因?yàn)樵谥暗谝徽碌诰殴?jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一節(jié)的示波管工作原理中就已經(jīng)接觸到了掃描。于是很多學(xué)生就會(huì)自然地產(chǎn)生一個(gè)教材中所沒(méi)有提到的實(shí)際疑問(wèn):示波管和顯像管都是通過(guò)控制電子束偏轉(zhuǎn)而迅速掃描而顯示出圖像的，那為什么顯像管中是運(yùn)用線圈加偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制電子束，而沒(méi)有采用與示波管中類似的通過(guò)平行金屬板加偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)來(lái)控制電子束呢?

其實(shí)學(xué)生這個(gè)疑問(wèn)的本質(zhì)正是高中物理電磁學(xué)的一個(gè)重要問(wèn)題電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)的區(qū)別與聯(lián)系。學(xué)生既然產(chǎn)生了這樣的疑問(wèn)就證明其對(duì)前后所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了深入的思考，已經(jīng)觀察出了電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)的相同之處，也就是它們的聯(lián)系。這是教學(xué)的一個(gè)很好的契機(jī)，這時(shí)教師就可以通過(guò)以下兩道計(jì)算題的引入幫助學(xué)生探究出電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)的重要區(qū)別。

首先是一道帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的計(jì)算題。

已知電子質(zhì)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(zhǎng)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(chǎng)看作勻強(qiáng)電場(chǎng))

解析:設(shè)電子從板末端飛出時(shí)偏移量為y，偏轉(zhuǎn)角為?準(zhǔn)，垂直于板方向的速度分量為vy

電子在板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，在平行于板方向有l(wèi)=v0t

這樣學(xué)生就能聯(lián)想到示波器的外形為什么是“小臉蛋長(zhǎng)身軀”了，也大致感覺(jué)到了為什么電視機(jī)顯像管中不能用電場(chǎng)來(lái)控制電子束進(jìn)行掃描。那么通過(guò)磁場(chǎng)就能很好地完成掃描任務(wù)嗎?這就可以通過(guò)另一道帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的計(jì)算題讓學(xué)生再來(lái)探究一下。

果然，電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)效果滿足實(shí)際的要求。實(shí)際上電視機(jī)偏轉(zhuǎn)線圈中的磁場(chǎng)在0.1T左右，比本例中的磁場(chǎng)還要強(qiáng)一些，所以實(shí)際的偏轉(zhuǎn)效果就會(huì)更好一些。

其實(shí)這兩道計(jì)算題是高中電磁學(xué)中常見的典型題目，也是高考的重要考點(diǎn)和一直以來(lái)高考的熱點(diǎn);而電視機(jī)顯像管為什么不用電偏轉(zhuǎn)也是很多學(xué)生在前后聯(lián)系知識(shí)，構(gòu)建自己的電磁學(xué)知識(shí)體系時(shí)很容易產(chǎn)生的一大困惑，也是教師容易忽視的問(wèn)題。學(xué)生由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的限制，不可能想到自己手頭經(jīng)常會(huì)遇到的兩道題正是解決心頭這一困惑的法寶。這時(shí)的教師如果能為即將要探究的物理問(wèn)題認(rèn)真地創(chuàng)設(shè)一些情境，讓學(xué)生在觀察和體驗(yàn)后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，這樣就會(huì)達(dá)到幫助學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力、養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣、學(xué)會(huì)運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)探究方法解決一些問(wèn)題的目的。在以上的兩個(gè)問(wèn)題中教師就是將一些抽象的字母推導(dǎo)題引入實(shí)際生活中的數(shù)據(jù)改為數(shù)字計(jì)算題，再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察分析，計(jì)算釋疑，學(xué)生心頭的困惑就會(huì)蕩然無(wú)存。同時(shí)學(xué)生也會(huì)由此牢固掌握電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn)的區(qū)別與聯(lián)系，在自己的電磁學(xué)知識(shí)體系中自然而牢牢地扣上了一環(huán)。無(wú)形中也讓學(xué)生感受到電磁場(chǎng)規(guī)律在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活應(yīng)用中的重要基礎(chǔ)地位。最后教師的這一做法也是對(duì)具有一定的質(zhì)疑能力的學(xué)生的一種鼓勵(lì)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

作者單位:遼寧省大連市第三中學(xué)