电容器-带电粒子在电场中的运动教学课件

电容器电容器电容器电容器 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动分解分解 匀速直匀速直线 匀加速直匀加速直线 1 1构造：构造：(1)(1)，(2)(2)，(3)(3)2 2工作原理工作原理(如如图所示所示)电子子枪偏偏转电极极荧光屏光屏三、示波管的原理三、示波管的原理元贝驾考 ybjx 元贝驾考2016科目一 科目四驾考宝典网 jkbdw/驾考宝典2016科目一 科目四(1)如如果果在在偏偏转电极极XX和和YY之之间都都没没有有加加电压，则电子子枪射出的射出的电子沿直子沿直线运运动，打在，打在荧光屏光屏 ，在那里，在那里产生一个亮斑生一个亮斑(2)YY上上加加的的是是待待显示示的的 ，XX上上是是机机器器自自身身产生生的的锯齿形形电压，叫叫做做扫描描电压，若若所所加加扫描描电压和和信信号号电压的的周周期期相相同同，就就可可以以在在荧光光屏屏上上得得到到待待测信号在一个周期内信号在一个周期内变化的化的稳定定图象象中心中心信号信号电压题型一：平行板电容器的动态分析问题题型一：平行板电容器的动态分析问题例例1(2012江江苏苏)一一充充电电后后的的平平行行板板电电容容器器保保持持两两极极板板的的正正对对面面积积、间间距距和和电电荷荷量量不不变变，在在两两极极板板间间插插入入一一电电介介质质，其其电电容容C和和两两极极板板间间的的电电势势差差U的的变化情况是变化情况是()AC和和U均增大均增大BC增大，增大，U减小减小CC减小，减小，U增大增大DC和和U均减小均减小【答案】【答案】B【方法与知识感悟】【方法与知识感悟】2平行板电容器的动态分析问题的两种情况归纳：平行板电容器的动态分析问题的两种情况归纳：(1)平平行行板板电电容容器器充充电电后后，保保持持电电容容器器的的两两极极板板与与电电池的两极相连接：池的两极相连接：(2)平行板电容器充电后，切断与电池的连接：平行板电容器充电后，切断与电池的连接：题型二：带电粒子在平行板电容器内运动和平衡的分析题型二：带电粒子在平行板电容器内运动和平衡的分析例例2 如如图所所示示，两两板板间距距为d的的平平行行板板电容容器器与与一一电源源连接接，电键K闭合合电容容器器两两板板间有有一一质量量为m，带电量量为q的的微微粒粒静静止止不不动，下下列列说法法正正确确的的是是()A微粒微粒带的是正的是正电B电源源电动势的大小等于的大小等于C断开断开电键K，微粒将向下做，微粒将向下做加速运加速运动D保保持持电键K闭合合，把把电容容器器两两极极板板距距离离增增大大，微微粒将向下做加速运粒将向下做加速运动【答案】【答案】BD例例3 如如图所示，两平行金属板所示，两平行金属板A、B长l8 cm，两，两板板间距离距离d8 cm，A板比板比B板板电势高高300 V，即，即UAB300 V一一带正正电的粒子的粒子电荷量荷量q1010C，质量量m1020 kg，从，从R点沿点沿电场中心中心线垂直垂直电场线飞入入电场，初速度，初速度v02106 m/s，粒子，粒子飞出平行板出平行板电场后后经过界面界面MN、PS间的无的无电场区域后，区域后，进入固定入固定在中心在中心线上的上的O点的点点的点电荷荷Q形成的形成的电场区域区域(设界界面面PS右右边点点电荷的荷的电场分布不受界面的影响分布不受界面的影响)已已知知两两界界面面MN、PS相相距距为L12 cm，粒粒子子穿穿过界界面面PS时的的速速度度与与该点点和和O点点的的连线垂垂直直，且且最最后后垂垂直直打打在在放放置置于于中中心心线上上的的荧光光屏屏EF上上(粒粒子子重重力力不不计，静静电力常数力常数k9109 Nm2/C2)求：求：(1)粒子穿粒子穿过界面界面PS时偏离中心偏离中心线RO的距离多的距离多远？(2)点点电荷的荷的电荷量荷量【思路点拨】【思路点拨】分析清楚粒子在各区域的运动情况：分析清楚粒子在各区域的运动情况：(1)在两板内粒子做匀变速曲线运动在两板内粒子做匀变速曲线运动(2)在两板外到在两板外到PS边边界粒子做匀速直线运动界粒子做匀速直线运动(3)当粒子进入点电荷的电场当粒子进入点电荷的电场时做匀速圆周运动时做匀速圆周运动【答案】【答案】(1)y0.12 m(2)Q1.04108C【方方法法与与知知识识感感悟悟】带带电电粒粒子子在在电电场场中中的的运运动动是是一一个个综综合合电电场场力力、电电势势能能的的力力学学问问题题，其其研研究究方方法法与与质质点点动动力力学学相相同同，同同样样遵遵循循运运动动的的合合成成与与分分解解、牛牛顿顿运运动动定定律律、动动能能定定理理等等力力学学规规律律处处理理问问题题的的要要点点是是注注意意区区分分不不同同的的物物理理过过程程，弄弄清清在在不不同同的的物物理理过过程程中中物物体体的的受受力力情情况况及及运运动动性性质质(平平衡衡、加加速速或或减减速速，是是直直线线运运动动还还是是曲曲线线运运动动)，并并选选用用相相应应的的物物理理规律在解决问题时，主要可以从两条线索展开：规律在解决问题时，主要可以从两条线索展开：其其一一，力力和和运运动动的的关关系系根根据据带带电电粒粒子子受受力力情情况况，用用牛牛顿顿第第二二定定律律求求出出加加速速度度，结结合合运运动动学学公公式式确确定定带带电电粒粒子子的的速速度度位位移移等等这这条条线线索索通通常常适适用用于于在在恒恒力作用下做匀变速运动的情况力作用下做匀变速运动的情况其其二二，功功和和能能的的关关系系根根据据电电场场力力对对带带电电粒粒子子做做功功，引引起起带带电电粒粒子子的的能能量量发发生生变变化化，利利用用动动能能定定理理研研究究全全过过程程中中能能的的转转化化，研研究究带带电电粒粒子子的的速速度度变变化化、位位移移等等这这条条线线索索不不但但适适用用于于匀匀强强电电场场，也适用于非匀强电场也适用于非匀强电场另另外外，对对于于带带电电粒粒子子的的偏偏转转问问题题，用用运运动动的的合合成成与与分分解解及及运运动动规规律律解解决决往往往往比比较较简简捷捷，但但并并不不是是绝绝对对的的，同同解解决决力力学学中中的的问问题题一一样样，都都可可用用不不同同的的方方法法解解决决同同一一问问题题，应应根根据据具具体体情情况况，确确定定具具体的解题方法体的解题方法题型三：带电体在重力场和电场的叠加场中的运动题型三：带电体在重力场和电场的叠加场中的运动例例4 在真空中水平放置平行板在真空中水平放置平行板电容容器，两极板器，两极板间有一个有一个带电油滴，油滴，电容器两板容器两板间距距为d，当平行板，当平行板电容容器的器的电压为U0时，油滴保持静止，油滴保持静止状状态，如，如图所示当所示当给电容器突容器突然然充充电使使其其电压增增加加U1，油油滴滴开开始始向向上上运运动；经时间t后后，电容容器器突突然然放放电使使其其电压减减少少U2，又又经过时间t，油油滴滴恰恰好好回回到到原原来来位位置置假假设油油滴滴在在运运动过程程中中没没有有失失去去电荷荷，充充电和和放放电的的过程程均均很很短短暂，这段段时间内内油油滴滴的的位位移移可可忽忽略略不不计重重力力加加速度速度为g.试求：求：(1)带电油滴所油滴所带电荷量与荷量与质量之比；量之比；(2)第第一一个个t与与第第二二个个t时间内内油油滴滴运运动的的加加速速度大小之比；度大小之比；(3)U1与与U2之比之比【方法与知识感悟】【方法与知识感悟】1带电粒子在电场中运动是否考虑重力带电粒子在电场中运动是否考虑重力(1)基基本本粒粒子子，如如电电子子、质质子子、粒粒子子、各各种种离离子子等等，一般不考虑重力；一般不考虑重力；(2)带带电电微微粒粒、带带电电小小球球、带带电电液液滴滴、带带电电尘尘埃埃等等，除非有说明，一般都要考虑重力除非有说明，一般都要考虑重力2带电体在重力场和电场的叠加场中运动带电体在重力场和电场的叠加场中运动带带电电体体在在电电场场和和重重力力场场的的叠叠加加场场中中的的运运动动一一般般可可用用等等效效法法处处理理各各种种性性质质的的场场(物物质质)与与实实际际物物体体的的根根本本区区别别之之一一是是场场具具有有叠叠加加性性，即即几几个个场场可可以以同同时时占占据据同同一一空空间间，从从而而形形成成叠叠加加场场对对于于叠叠加加场场中中的的力力学学问问题题，可可以以根根据据力力的的独独立立作作用用原原理理分分别别研研究究每每一一种种场力对物体的作用效果；场力对物体的作用效果；也也可可以以同同时时研研究究几几种种场场共共同同作作用用的的效效果果，将将叠叠加加场场等等效效为为一一个个简简单单场场，然然后后与与重重力力场场中中的的力力学学问问题题进进行行类类比，利用力学规律和方法进行分析和解答比，利用力学规律和方法进行分析和解答带带电电小小球球在在匀匀强强电电场场和和重重力力场场的的叠叠加加场场中中的的圆圆周周运运动动，可可以以利利用用平平行行四四边边形形定定则则求求出出带带电电体体所所受受重重力力和和静静电电力力的的合合力力作作为为带带电电体体受受到到的的“等等效效重重力力”，然然后后根根据据力力学中处理圆周运动的方法进行解决学中处理圆周运动的方法进行解决带带电电体体在在重重力力场场和和电电场场的的叠叠加加场场中中一一般般做做曲曲线线运运动动，通通常常应应用用力力的的独独立立作作用用原原理理和和运运动动分分解解的的思思想想，根根据据运运动动学学规规律律，分分析析研研究究两两个个分分运运动动和和合合运运动动求求解解；或或者应用能量观点，运用动能定理或能量守恒解答者应用能量观点，运用动能定理或能量守恒解答题型四：带电粒子在交变电场中的运动题型四：带电粒子在交变电场中的运动【答案】【答案】B【方法与知识感悟】【方法与知识感悟】交变电场中带电粒子的电交变电场中带电粒子的电场力因电场随时间变化，出现周期性变化，导场力因电场随时间变化，出现周期性变化，导致运动过程出现多个阶段，若要分析运动的每致运动过程出现多个阶段，若要分析运动的每个细节，一般采用牛顿运动定律的观点分析，个细节，一般采用牛顿运动定律的观点分析，借助速度图象能更全面直观地把握运动全部，借助速度图象能更全面直观地把握运动全部，如图所示，处理起来比较方便如图所示，处理起来比较方便D1电源源和和一一个个水水平平放放置置的的平平行行板板电容容器器、三三个个电阻阻组成成如如图所所示示的的电路路当当开开关关S闭合合后后，电容容器器中中有有一一个个带电液液滴滴正正好好处于于静静止止状状态现将将开开关关S断断开开，则以下判断正确的是以下判断正确的是()A液滴仍保持静止状液滴仍保持静止状态B液滴将向下运液滴将向下运动C电容器上的容器上的带电荷量将减荷量将减为零零D电容器将有一个瞬容器将有一个瞬间的充的充电过程程*2.如如图所所示示，R0为热敏敏电阻阻(温温度度降降低低电阻阻增增大大)，D为理理想想二二极极管管(正正向向电阻阻为零零，反反向向电阻阻无无穷大大)，C为平平行行电板板电容容器器，C中中央央有有一一带电液液滴滴刚好好静静止止，M点点接接地地下下列列各各项单独独操操作作可可能能使使带电液液滴滴向向上上运运动的是的是()A滑滑动变阻器阻器R的滑的滑动触触头P向上移向上移动B将将热敏敏电阻阻R0加加热C开关开关K断开断开D电容器容器C的上极板向上移的上极板向上移动BC*3.如如图所示，两平行金属板所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，直放置，左极板接地，中中间有小孔右极板有小孔右极板电势随随时间变化的化的规律如律如图所所示示电子原来静止在左极板小孔子原来静止在左极板小孔处(不不计重力作重力作用用)下列下列说法中正确的是法中正确的是()ACA从从t0时刻刻释放放电子子，电子子将将始始终向向右右运运动，直直到到打到右极板上打到右极板上B从从t0时刻刻释放放电子，子，电子可能在两板子可能在两板间振振动C从从tT/4时刻刻释放放电子子，电子子可可能能在在两两板板间振振动，也可能打到右极板上也可能打到右极板上D从从t3T/8时刻刻释放放电子，子，电子必将打到左极板上子必将打到左极板上【解析】【解析】从从t0时刻释放电子，如果两板间距离足够时刻释放电子，如果两板间距离足够大，电子将向右先匀加速大，电子将向右先匀加速T/2，接着匀减速，接着匀减速T/2，速度，速度减小到零后，又开始向右匀加速减小到零后，又开始向右匀加速T/2，接着匀减速，接着匀减速T/2直到打在右极板上电子不可能向左运动；直到打在右极板上电子不可能向左运动；如果两板间距离不够大，电子也始终向右运动，直到如果两板间距离不够大，电子也始终向右运动，直到打到右极板上从打到右极板上从tT/4时刻释放电子，如果两板间时刻释放电子，如果两板间距离足够大，电子将向右先匀加速距离足够大，电子将向右先匀加速T/4，接着匀减速，接着匀减速T/4，速度减小到零后，改为向左先匀加速，速度减小到零后，改为向左先匀加速T/4，接着，接着匀减速匀减速T/4.即在两板间振动；如果两板间距离不够大，即在两板间振动；如果两板间距离不够大，则电子在第一次向右运动过程中就有可能打在右极板则电子在第一次向右运动过程中就有可能打在右极板上从上从t3T/8时刻释放电子，如果两板间距离不够大，时刻释放电子，如果两板间距离不够大，电子将在第一次向右运动过程中就打在右极板上；如电子将在第一次向右运动过程中就打在右极板上；如果第一次向右运动没有打在右极板上，那就一定会在果第一次向右运动没有打在右极板上，那就一定会在第一次向左运动过程中打在左极板上第一次向左运动过程中打在左极板上4如如图所示，真空中水平所示，真空中水平放置的两个相同极板放置的两个相同极板Y和和Y长为L，相距，相距d，足，足够大的大的竖直屏与两板右直屏与两板右侧相距相距b.在在两两板板间加加上上可可调偏偏转电压U，一一束束质量量为m、带电量量为q的的粒粒子子(不不计重重力力)从从两两板板左左侧中中点点A以以初初速速度度v0沿水平方向射入沿水平方向射入电场且能穿出且能穿出(1)证明明粒粒子子飞出出电场后后的的速速度度方方向向的的反反向向延延长线与与初速度方向交于两板初速度方向交于两板间的中心的中心O点点(2)求两板求两板间所加偏所加偏转电压U的范的范围(3)求粒子可能到达屏上区域的求粒子可能到达屏上区域的长度度【巩固基础】【巩固基础】*1.(2012全全国国新新课标)如如图，平平行行板板电容容器器的的两两个个极极板板与与水水平平地地面面成成一一角角度度，两两极极板板与与一一直直流流电源源相相连若若一一带电粒粒子子恰恰能能沿沿图中中所所示示水水平平直直线通通过电容容器器，则在此在此过程中，程中，该粒子粒子()A所受重力与所受重力与电场力平衡力平衡 B电势能逐能逐渐增加增加C动能逐能逐渐增加增加 D做匀做匀变速直速直线运运动BD【解析】【解析】带电粒子在平行板电容器之间受到两个力带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用，一是重力的作用，一是重力mg，方向竖直向下；二是电场力，方向竖直向下；二是电场力FEq，方向垂直于极板向上，因二力均为恒力，方向垂直于极板向上，因二力均为恒力，已知带电粒子做直线运动，所以此二力的合力一定已知带电粒子做直线运动，所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上，根据牛顿第二定律可知，在粒子运动的直线轨迹上，根据牛顿第二定律可知，该粒子做匀变速直线运动，选项该粒子做匀变速直线运动，选项D正确，选项正确，选项A、C错误；从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出，错误；从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出，电场力对粒子做负功，粒子的电势能增加，选项电场力对粒子做负功，粒子的电势能增加，选项B正确正确2如如图所示所示为一只一只“极距极距变化型化型电容式容式传感器感器”的部分构件示意的部分构件示意图当当动极板和定极板之极板和定极板之间的距离的距离d变化化时，电容容C便便发生生变化，通化，通过测量量电容容C的的变化就可知道两极板之化就可知道两极板之间距离距离d的的变化情况化情况在下列在下列图中能正确反映中能正确反映C与与d之之间变化化规律的律的图象是象是()A【解析】【解析】由平行板电容器电容的决定式由平行板电容器电容的决定式CrS/(4kd)可可知，电容知，电容C与极板之间距离与极板之间距离d成反比，在第一象限反比例成反比，在第一象限反比例函数图象是一条双曲线，所以函数图象是一条双曲线，所以A正确正确3在在如如图所所示示的的电路路中中，已已知知电容容C2 F，电源源电动势E12 V，内内电阻阻不不计，若若R12、R24 、R312、R46 ，则闭合合开开关关S后后，电容容器器极极板板a上所上所带的的电荷量荷量为()A8106 CB4106 CC4106 CD8106 CD4示波管是一种多功示波管是一种多功能能电学学仪器，它的工作器，它的工作原理可以等效成下列情原理可以等效成下列情况况：如如图所所示示，真真空空室室中中电极极K发出出电子子(初初速速度度不不计)，经过电压为U1的的加加速速电场后后，由由小小孔孔S沿沿水水平平金金属属板板A、B间的的中中心心线射射入入板板间金金属属板板长为L，相相距距为d，当当A、B间电压为U2时电子子偏偏离离中中心心线飞出出电场打打到到荧光光屏屏上上而而显示示亮亮点点已已知知电子子的的质量量为m，电荷荷量量为e，不不计电子子重重力力，下下列列情情况况中中一一定定能能使使亮亮点点偏偏离离中中心距离心距离变大的是大的是()AU1变大，大，U2变大大 BU1变小，小，U2变大大CU1变大，大，U2变小小 DU1变小，小，U2变小小B【提升能力】【提升能力】D5如如图甲所示甲所示连接接电路，路，电源源电动势为6 V先使开关先使开关S与与1端相端相连，电源向源向电容器充容器充电，这个个过程可在瞬程可在瞬间完成然后把开关完成然后把开关S掷向向2端，端，电容器通容器通过电阻阻R放放电，电流流传感器将感器将测得的得的电流信息流信息传入入计算机，屏幕上算机，屏幕上显示出示出电流随流随时间变化的化的It曲曲线如如图乙所示据此乙所示据此图可可估算出估算出电容器容器释放的放的电荷量，并荷量，并进而估算出而估算出电容器的容器的电容容为()A2.0101 FB1.3102 FC4.5103 F D5.5104 F*6.一匀一匀强强电场的的电场强强度度E随随时间t变化的化的图像如像如图所示，在所示，在该匀匀强强电场中，中，有一个有一个带电粒子于粒子于t0时刻刻由由静静止止释放放，若若电场足足够大大，且且粒粒子子只只受受电场力作用，力作用，则下列下列说法中正确的是法中正确的是()A粒子只向一个方向运粒子只向一个方向运动B02 s内，内，电场力所做的功等于力所做的功等于0C4 s末粒子回到原出末粒子回到原出发点点D粒子在粒子在电场中一直做往复运中一直做往复运动BC【解析】【解析】根据题意画出粒子运动的根据题意画出粒子运动的vt图象如图所示图象如图所示由图可知粒子前由图可知粒子前2 s的运动方向和的运动方向和2 s后的运动方向后的运动方向不同，不同，A项错；项错；02 s内，粒子的动能变化量为零，内，粒子的动能变化量为零，故电场力做功为零，故电场力做功为零，B项正确；项正确；02 s和和24 s粒子的粒子的位移大小相等，方向相反，总位移为零，故位移大小相等，方向相反，总位移为零，故4 s末粒子末粒子回到原出发点，回到原出发点，C项正确；粒子在项正确；粒子在2 s之后，速度始终之后，速度始终为正值，粒子的运动方向不再变化，为正值，粒子的运动方向不再变化，D项错误项错误7如如图所示，所示，M、N是平行是平行板板电容器的两个极板，容器的两个极板，R0为定定值电阻，阻，R1、R2为可可调电阻，用阻，用绝缘细线将将质量量为m，带正正电的的小小球球悬于于电容容器器内内部部，闭合合电键S，小小球球静静止止时受受到到悬线的的拉拉力力为F.调节R1、R2，关关于于F的的大大小小判断正确的是判断正确的是()A保持保持R1不不变，缓慢增大慢增大R2时，F将将变大大B保持保持R1不不变，缓慢增大慢增大R2时，F将将变小小C保持保持R2不不变，缓慢增大慢增大R1时，F将将变大大D保持保持R2不不变，缓慢增大慢增大R1时，F将将变小小 B*8在空在空间中水平面中水平面MN的的下方存在下方存在竖直向下的匀直向下的匀强强电场，质量量为m的的带电小小球由球由MN上方的上方的A点以一点以一定定初初速速度度水水平平抛抛出出，从从B点点进入入电场，到到达达C点点时速速度度方方向向恰恰好好水水平平，A、B、C三三点点在在同同一一直直线上上，且且AB2BC，如，如图所示由此可所示由此可见()A电场力力为3mgB小球小球带正正电C小球从小球从A到到B与从与从B到到C的运的运动时间相等相等D小球从小球从A到到B与从与从B到到C的速度的速度变化量相等化量相等ADD 10如如图所示，水平放置所示，水平放置的平行板的平行板电容器，与某一容器，与某一电源相源相连，它的极板，它的极板长L0.4 m，两两板板间距距离离d4103 m，有有一一束束由由相相同同带电微微粒粒组成成的的粒粒子子流流，以以相相同同的的速速度度v0从从两两板板中中央央平平行行极极板板射射入入，开开关关S闭合合前前，两两板板不不带电，由由于于重重力力作作用用微微粒粒能能落落到到下下板板的的正正中中央央，已已知知微微粒粒质量量为m4105 kg，电荷量荷量q1108 C(g取取10 m/s2)求：求：(1)微粒入射速度微粒入射速度v0为多少？多少？(2)为使使微微粒粒能能从从平平行行板板电容容器器的的右右边射射出出电场，电容容器器的的上上板板应与与电源源的的正正极极还是是负极极相相连？所所加加的的电压U应取什么范取什么范围？31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。黑格尔32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。普列姆昌德33、希望是人生的乳母。科策布34、形成天才的决定因素应该是勤奋。郭沫若35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。洛克