高考物理一轮总复习 第六章 静电场 第20讲 电容器 带电粒子在电场中的运动课件

第 六 章 静 电 场第 六 章第 20讲 电 容 器 带 电 粒 子 在 电 场 中的 运 动 考 纲 要 求 考 情 分 析 命 题 趋 势1.示 波 管 2 常 见 的 电 容 器 3 电 容 器 的 电 压 、电 荷 量 和 电 容 的 关系 4 带 电 粒 子 在 匀 强电 场 中 的 运 动 2016天 津 卷 ， 42015全 国 卷 ， 142015天 津 卷 ， 72014山 东 卷 ， 182013全 国 卷 ， 162013广 东 卷 ， 15 高 考 对 本 节 内 容 的 考 查 主要 是 通 过 选 择 题 考 查 电 容 器 及其 动 态 分 析 、 带 电 粒 子 在 电 场、 复 合 场 中 的 运 动 问 题 ， 有 时也 会 出 现 涉 及 能 量 的 力 电 综 合题 目 ， 同 时 注 意 本 节 内 容 的 实际 应 用 问 题 . 栏 目 导 航 板 块 一板 块 二板 块 三板 块 四 1 电 容 器 及 电 容 (1)电 容 器 组 成 ： 由 两 个 彼 此 _又 相 互 靠 近 的 导 体 组 成 ； 带 电 荷 量 ： 一 个 极 板 所 带 电 荷 量 的 _；考 点 电 容 器 带 电 粒 子 在 电 场 中 的 运 动绝 缘 绝 对 值 电 容 器 的 充 、 放 电 ； a 充 电 ： 使 电 容 器 带 电 的 过 程 ， 充 电 后 电 容 器 两 极 板 带 上等 量 的 _， 电 容 器 中 储 存 电 场 能 ； b 放 电 ： 使 充 电 后 的 电 容 器 失 去 电 荷 的 过 程 ， 放 电 过 程 中_转 化 为 其 他 形 式 的 能 异 种 电 荷 电 能 (2)电 容 定 义 ： 电 容 器 所 带 的 _与 两 个 极 板 间 的_的 比 值 ； 定 义 式 ： _； 单 位 ： 法 拉 (F)、 微 法 (F)、 皮 法 (pF)， 1 F _F_pF； 意 义 ： 表 示 电 容 器 _本 领 的 高 低 ； 决 定 因 素 ： 由 电 容 器 本 身 物 理 条 件 (大 小 、 形 状 、 相 对 位置 及 电 介 质 )决 定 ， 与 电 容 器 是 否 _及 _无 关 电 荷 量 电 势 差 1061012 容 纳 电 荷 带 电 电 压 (3)平 行 板 电 容 器 的 电 容 决 定 因 素 ： 正 对 面 积 ， 介 电 常 数 ， 两 板 间的 距 离 ， 决 定 式 ： _. 2 带 电 粒 子 在 电 场 中 的 运 动 (1)加 速 问 题 在 匀 强 电 场 中 ： W qEd qU _； 在 非 匀 强 电 场 中 ： W qU _. (2)偏 转 问 题 条 件 分 析 ： 不 计 重 力 的 带 电 粒 子 以 速 度 v0垂 直 于 电 场 线 方向 飞 入 匀 强 电 场 ； 运 动 性 质 ： _运 动 ； 处 理 方 法 ： 利 用 运 动 的 合 成 与 分 解 a 沿 初 速 度 方 向 ： 做 _运 动 ； b 沿 电 场 方 向 ： 做 初 速 度 为 零 的 _运 动 匀 变 速 曲 线 匀 速 匀 加 速 3 示 波 管 (1)装 置 ： 示 波 管 由 _、 _和 _组 成 ， 管 内 抽 成 真 空 ， 如 图 所 示 电 子 枪 偏 转 电 极 荧 光 屏 (2)原 理 如 果 在 偏 转 电 极 XX和 YY之 间 都 没 有 加 电 压 ， 则 电 子 枪 射出 的 电 子 沿 直 线 传 播 ， 打 在 荧 光 屏 _， 在 那 里 产 生一 个 亮 斑 ； YY上 加 的 是 待 显 示 的 _， XX上 是 机 器 自 身 产 生的 锯 齿 形 电 压 ， 叫 做 扫 描 电 压 若 所 加 扫 描 电 压 和 信 号 电 压的 周 期 相 同 ， 就 可 以 在 荧 光 屏 上 得 到 待 测 信 号 在 一 个 周 期 内变 化 的 图 象 中 心 信 号 电 压 1 判 断 正 误 (1)电 容 器 所 带 的 电 荷 量 是 指 每 个 极 板 所 带 电 荷 量 的 代 数 和 ( ) (2)电 容 器 的 电 容 与 电 容 器 所 带 电 荷 量 成 反 比 ( ) (3)放 电 后 的 电 容 器 电 荷 量 为 零 ， 电 容 也 为 零 ( ) (4)带 电 粒 子 在 匀 强 电 场 中 只 能 做 类 平 抛 运 动 ( ) (5)带 电 粒 子 在 电 场 中 ， 只 受 电 场 力 时 ， 也 可 以 做 匀 速 圆 周 运 动 ( ) (6)示 波 管 屏 幕 上 的 亮 线 是 由 于 电 子 束 高 速 撞 击 荧 光 屏 而 产 生 的 ( ) (7)带 电 粒 子 在 电 场 中 运 动 时 重 力 一 定 可 以 忽 略 不 计 ( ) 2 (带电粒子在电场中的加速)如 图 所 示 ， 在 P板 附 近 有 一 电子 由 静 止 开 始 向 Q板 运 动 ， 则 关 于 电 子 到 达 Q板 时 的 速 度 ，下 列 说 法 正 确 的 是 ( ) A 两 板 间 距 离 越 大 ， 加 速 的 时 间 就 越 长 ， 获 得 的 速 度 就 越大 B 两 板 间 距 离 越 小 ， 加 速 度 就 越 大 ， 获 得 的 速 度 就 越 大 C 与 两 板 间 距 离 无 关 ， 仅 与 加 速 电 压 有 关 D 以 上 说 法 均 不 正 确C 3 (带电粒子在电场中的偏转)如 图 所 示 ， 质 子 (H)和 粒 子(He)以 相 同 的 初 动 能 垂 直 射 入 偏 转 电 场 (粒 子 不 计 重 力 )， 则这 两 个 粒 子 射 出 电 场 时 的 侧 位 移 y之 比 为 ( ) A 1 1 B 1 2 C 2 1 D 1 4 B 一 平 行 板 电 容 器 的 动 态 分 析 例 1(多选)(2017陕西宝鸡质检)如 图 所 示 为 一 平 行 板 电 容 器 ， 两 板 之间 的 距 离 d和 两 板 正 对 面 积 S都 可 以 调 节 ， 电 容 器 两 板 与 电 池 相 连 接 Q表 示 电 容 器 的 带 电 荷 量 ， E表 示 两 板 间 的 电 场 强 度 ， 则 下 列 说 法 正 确 的是 ( ) A 当 d增 大 ， S不 变 时 ， Q减 小 ， E减 小 B 当 S增 大 ， d不 变 时 ， Q增 大 ， E增 大 C 当 d减 小 ， S增 大 时 ， Q增 大 ， E增 大 D 当 S减 小 ， d增 大 时 ， Q不 变 ， E增 大AC 二 带 电 粒 子 在 电 场 中 的 直 线 运 动 带 电 体 在 匀 强 电 场 中 做 直 线 运 动 的 分 析 思 路 例 2(2013全国大纲卷)一 电 荷 量 为 q(q0)、 质 量 为 m的 带 电 粒 子 在 匀 强电 场 的 作 用 下 ， 在 t 0时 由 静 止 开 始 运 动 ， 电 场 强 度 随 时 间 变 化 的 规 律如 图 所 示 ， 不 计 重 力 ， 求 在 t 0到 t T的 时 间 间 隔 内 (1)粒 子 位 移 的 大 小 和 方 向 ； (2)粒 子 沿 初 始 电 场 反 方 向 运 动 的 时 间 三 带 电 粒 子 在 电 场 中 的 偏 转 例 3(2016北京海淀区期末)如 图 所 示 的 装 置 放 置 在 真 空 中 ，炽 热 的 金 属 丝 可 以 发 射 电 子 ， 金 属 丝 和 竖 直 金 属 板 之 间 加 一电 压 U1 2 500 V， 发 射 出 的 电 子 被 加 速 后 ， 从 金 属 板 上 的小 孔 S射 出 装 置 右 侧 有 两 个 相 同 的 平 行 金 属 极 板 水 平 正 对放 置 ， 板 长 l 6.0 cm ， 相 距 d 2 cm ， 两 极 板 间 加 以 电 压 U2 200 V的 偏 转 电 场 从 小 孔 S射 出 的 电 子 恰 能 沿 平 行 于 板 面的 方 向 由 极 板 左 端 中 间 位 置 射 入 偏 转 电 场 已 知 电 子 的 电 荷量 e 1.6 10 19 C， 电 子 的 质 量 m 0.9 10 30 kg， 设 电 子离 开 金 属 丝 时 的 速 度 为 零 ， 忽 略 金 属 极 板 边 缘 对 电 场 的 影 响 ，不 计 电 子 受 到 的 重 力 求 ： (1)电 子 射 入 偏 转 电 场 时 的 动 能 Ek； (2)电 子 射 出 偏 转 电 场 时 在 竖 直 方 向 上 的 侧 移量 y； (3)电 子 在 偏 转 电 场 运 动 的 过 程 中 电 场 力 对 它所 做 的 功 W. 答 案 ： (1)4.0 10 16 J (2)0.36 cm (3)5.76 10 18 J 带 电 粒 子 在 交 变 电 场 中 运 动 的 分 析 方 法 (1)注 重 全 面 分 析 (分 析 受 力 特 点 和 运 动 规 律 )， 抓 住 粒 子 的 运动 具 有 周 期 性 和 空 间 上 具 有 对 称 性 的 特 征 ， 求 解 粒 子 运 动 过程 中 的 速 度 、 位 移 等 ， 并 确 定 与 物 理 过 程 相 关 的 边 界 条 件 (2)分 析 时 从 两 条 思 路 出 发 ： 一 是 力 和 运 动 的 关 系 ， 根 据 牛顿 第 二 定 律 及 运 动 学 规 律 分 析 ； 二 是 功 能 关 系 (3)此 类 题 型 一 般 有 三 种 情 况 ： 粒 子 做 单 向 直 线 运 动 (一 般 用 牛 顿 运 动 定 律 求 解 )； 粒 子 做 往 返 运 动 (一 般 分 段 研 究 )； 粒 子 做 偏 转 运 动 (一 般 根 据 交 变 电 场 特 点 分 段 研 究 ) 四 带 电 粒 子 在 交 变 电 场 中 的 运 动 (1)利用图象带电粒子在交变电场中运动时，受电场力作用，其加速度、速度等均做周期性变化，借助图象描述它在电场中的运动情况，可直观展示其物理过程，从而快捷地分析求解画图象时应注意在vt图中，加速度相同的运动一定是平行的直线，图象与vt轴所夹面积表示位移，图象与t轴的交点表示此时速度反向 (2)利用运动的独立性对一个复杂的合运动，可以看成是几个分运动合成的某一方向的分运动不会因其他分运动的存在而受到影响应用这一原理可以分析带电粒子在交变电场中的运动根据各分运动的情况，再按运动的合成与分解规律分析合运动情况 B 1 如 图 所 示 ， 平 行 板 电 容 器 与 电 动 势 为 E的 直 流 电 源 (内 阻不 计 )连 接 ， 下 极 板 接 地 一 带 电 油 滴 位 于 容 器 中 的 P点 且 恰好 处 于 平 衡 状 态 现 将 平 行 板 电 容 器 的 上 极 板 竖 直 向 上 移 动一 小 段 距 离 ( ) A 带 电 油 滴 将 沿 竖 直 方 向 向 上 运 动 B P点 的 电 势 将 降 低 C 带 电 油 滴 的 电 势 能 将 减 少 D 电 容 器 的 电 容 减 小 ， 极 板 带 电 量 将 增 大B C 例 1 (2016广东珠海调研6分)一 个 动 能 为Ek的 带 电 粒 子 ， 垂 直 于 电 场 线 方 向 飞 入 平 行板 电 容 器 ， 飞 出 电 容 器 时 动 能 为 2Ek如 果 使 这个 带 电 粒 子 的 初 速 度 变 为 原 来 的 两 倍 ， 那 么它 飞 出 电 容 器 的 动 能 变 为 ( ) A 8Ek B 5Ek C 4.25Ek D 4Ek 答 题 送 检 来 自 阅 卷名 师 报 告 答 案 C 1 (2017河南安阳模拟)如 图 所 示 为 电 子 束 加 速 偏 转 装 置 ，电 极 K产 生 的 热 电 子 (初 速 度 为 零 )经 电 场 加 速 后 ， 进 入 两 平行 金 属 板 间 ， 如 果 两 极 间 加 一 偏 转 电 压 ， 则 电 子 束 将 偏转 电 子 离 开 偏 转 电 场 时 每 单 位 偏 转 电 压 引 起 的 电 子 偏 转 距离 叫 偏 转 灵 敏 度 ， 为 了 提 高 偏 转 灵 敏 度 ， 必 须 ( ) A 把 偏 转 板 长 度 l变 短 一 些 B 把 电 子 换 成 带 电 荷 量 大 的 粒 子 C 使 偏 转 极 板 间 的 距 离 d减 小 一 些 D 把 加 速 电 场 的 电 压 提 高 一 些 C 2(2017安徽合肥摸底)如 图 甲 所 示 ， 两 平 行 金 属 板 相 距 为d， 加 上 如 图 乙 所 示 的 方 波 形 电 压 ， 电 压 的 最 大 值 为 U0， 周期 为 T.现 有 重 力 可 忽 略 的 一 束 离 子 ， 每 个 离 子 的 质 量 为 m，电 荷 量 为 q， 从 与 两 板 等 距 处 的 O点 ， 沿 着 与 板 平 行 的 方 向连 续 地 射 入 两 板 中 已 知 每 个 离 子 通 过 平 行 板 所 需 的 时 间 恰为 T(电 压 变 化 周 期 )且 所 有 离 子 都 能 通 过 两 板 间 的 空 间 ， 打在 两 金 属 板 右 端 的 荧 光 屏 上 ， 试 求 ： (1)离 子 打 在 荧 光 屏 上 的 位 置 与 O点 的 最 小 距 离 ； (2)离 子 打 在 荧 光 屏 上 的 位 置 与 O点 的 最 大 距 离 课 时 达 标