带电粒子在电场中的运动

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四节带电粒子在电场中的运动(一),基础梳理,整合,核心,理解深化,方法探究突破,基础梳理,整合,构建能力大厦的奠基石,一、电容器、电容,1.电容器,两个彼此绝缘又互相靠近的导体可构成电容器。,电容器充电就是使电容器带电的过程。电容器放电就是使电容器失,去电荷的过程。电容器带的电荷量是指,极板所带电荷量的绝对值。,答案：一个,由数学关系我们可以得出电容器的电容也等于电荷量的变化量与电,势差的变化量之比,即,。电容是描述电容器容纳电荷本领的,物理量。,2.电容,电容器所带的,与电容器两极板间的,的比值叫做电,容器的电容,公式:,单位:法拉(F)、微法(F)、皮法(pF)。,答案：电荷量,Q,电势差,U,C,=,C,=,3.平行板电容器的电容公式,C,=,为两板的正对面积,为极板间的距离,其,中,是介电常数。,平行板电容器两板间的电场可以近似认为是,电场。,答案,：,Sd,r,匀强,二、带电粒子在电场中的加速或减速,带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场时将做,运动。,1.用动力学观点分析,若电场为匀强电场,则,a,=,E,=,v,2,-,=2,ad,;,2.用功能观点分析,答案：加(减)速,粒子只受电场力作用,电场力做的功等于物体动能的变化,qU,=,mv,2,-,m,。,核心理解深化,拓展升华思维的加油站,一、对电容器电容的正确理解,【自主探究1】对于给定的电容器,描述其电容,C,、电荷量,Q,、电压,U,之间的相应关系的图象正确的是()。,答案：BC,归纳要点,:,电容器的电容反映了电容器容纳电荷量的本领,定义式为,C,=,但电容,C,的大小与,Q,、,U,都无关,仅由电容器自身的结构来决定。,二、平行板电容器的动态分析,【自主探究2】两块大小、形状完全相同的金属板平行放置,构成一,平行板电容器,与它相连接的电路如图所示,接通开关S,电源即给电,容器充电,下列说法正确的是()。,B.保持S接通,减小两极板间的距离,则两极板间的电势差减小,C.断开S,减小两极板间的距离,则两极板间的电势差减小,D.断开S,在两极板间插入一块介质,则两极板间的,电势差减小,答案：CD,解析:保持S接通的情况下,减小两极板的间距,两板间的电压不会改变,将会使场强增加,因而A、B均错;在S断开的情况下,减小两板间距,则因为两板间的场强不变而使电压减小,C对;在断开的情况下,在两极板间插入介质,将会使电容增加,而电荷量保持不变,因而电压减小,D对。,A.保持S接通,减小两极板间的距离,则两极板间电场的电场强度减小,2.电容器的动态分析方法,主要分两种情况:,(1)平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两极板间的电,压不变,当电容器的,d,、,S,、,r,变化时,将引起电容器的,C,、,Q,、,E,的变,化,即,C,=,Q=UC,E=,;,(2)平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量,Q,不变,当电容器的,d,、,S,、,r,变化时,将引起电容器的,C,、,U,、,E,变化,即,C,=,U=,E=,。,三、带电粒子在电场中的加速,【自主探究3】下列粒子从静止状态经过电压为,U,的电场加速后,速,度最大的是()。,A.质子,H),B.氘核,H),C.粒子,He),D.钠离子(Na,+,),答案：A,解析:由动能定理,qU,=,mv,2,得,v,=,可判断出A正确。,归纳要点1.研究对象,(1)基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等除有说明或有明确的暗,示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量)。,(2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗,示以外,一般都不能忽略重力。,2.带电粒子的加速及处理方法,(1)运动状态分析:带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受,到的电场力与运动方向在同一直线上,做匀变速直线运动。,(2)解决方法分析:可用运动学公式和牛顿第二定律求解,或从功能角,度用动能定理或能量守恒定律求解。,易错辨析,请你判断下列表述正确与否,对不正确的,请予以更正。,1.电容器带电荷量越大,电容越大,而电容越大,电容器带电荷量越多。,2.平行板电容器充电后与电源断开,则电荷量,Q,一定;若一直与稳压电,源连接,则电压,U,不变。,答案:1.错误。电容与电容器的结构有关,与带电荷量及电压均无关。,2.正确。,方法探究突破,提升应用技巧的突破口,【例1】一带电小球悬挂在平行板电容器内部,闭合开关S,电容器充电后,悬线与竖直方向夹角为,如图所示。下列方法中能使夹角,减,小的是()。,命题研究一、平行板电容器的动态分析,B.保持开关闭合,使滑动变阻器滑片向右移动,C.保持开关闭合,使两极板远离一些,D.断开开关,使两极板靠近一些,思路点拨:改变两板间的场强会使夹角变化,而板间场强与极板间电,压和间距有关。,A.保持开关闭合,使两极板靠近一些,解析:保持开关闭合,两极间电压不变,使两极板靠近一些,板间场强变大,夹角,增大,A错;保持开关闭合,使滑动变阻器滑片向右移动,不会影响板间电压,夹角,不变,B错;保持开关闭合,使两极板远离一些,由,E,=,可知,场强减小,夹角,减小,C对;断开开关,使两极板靠近一些,板间场强不变,夹角,不变,D错。,答案：C,规律总结：运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思,路。,(1)确定不变量,分析是电压不变还是所带电荷量不变。,(2)用决定式,C,=,分析平行板电容器电容的变化。,(3)用定义式,C,=,分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。,(4)用,E,=,分析电容器极板间场强的变化。,如图所示,M,、,N,是平行板电容器的两个极板,R,0,为定值电阻,R,1,、,R,2,为,可调电阻,用绝缘细线将质量为,m,、带正电的小球悬于电容器内部。,闭合开关S,小球静止时受到悬线的拉力为,F,。调节,R,1,、,R,2,关于,F,的大,小判断正确的是()。,拓展链接1,A.保持,R,1,不变,缓慢增大,R,2,时,F,将变大,B.保持,R,1,不变,缓慢增大,R,2,时,F,将变小,C.保持,R,2,不变,缓慢增大,R,1,时,F,将变大,D.保持,R,2,不变,缓慢增大,R,1,时,F,将变小,答案：B,【例2】(2011安徽理综)如图甲所示,两平行正对的金属板,A,、,B,间加有如图乙所示的交变电压,一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两极的正中间,P,处。若在,t,0,时刻释放该粒子,粒子会时而向,A,板运动,时而向,B,板运动,并最终打在,A,板上。则,t,0,可能属于的时间段是()。,命题研究二、带电粒子仅在电场力作用下的直线运动问题,A.0,t,0,B.,t,0,C.,t,0,T D.,T,t,0,答案：B,解析:如果,t,0,=,释放,则粒子一直向,A,板运动;如果,t,0,=,释放,粒子在同一段上往返运动,不能达到,A,板。由此符合题意的释放时刻应对应B项。,规律总结：当电场强度发生变化时,带电粒子在电场中的受力将发生变化,从而使粒子的运动状态发生变化,可能做单向直线运动,也可能做往返运动。由于所加的电场是周期性的,所以带电粒子的运动规律也具有周期性和对称性。,拓展链接2(2011福建理综)反射式速调管是常用的微波器件之一,它利用电子团在电场中的振荡来产生微波,其振荡原理与下述过程类似。如图所示,在虚线,MN,两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场,一带电微粒从,A,点由静止开始,在电场力作用下沿直线在,A,、,B,两点间往返运动。已知电场强度的大小分别是,E,1,=2.0,10,3,N/C和,E,2,=4.0,10,3,N/C,方向如图所示,带电微粒质量,m,=1.0,10,-,20,kg,带电荷量q=,-,1.0,10,-,9,C,A,点距虚线,MN,的距离,d,1,=1.0 cm。不计带电微粒的重力,忽略相对论效应。求:,答案:(1)0.50 cm,(2)1.5,10,-,8,s,(1),B,点到虚线,MN,的距离,d,2,;,(2)带电微粒从,A,点运动到,B,点所经历的时间,t,。,解析:(1)带电微粒由,A,运动到,B,的过程中,由动能定理有,|,q,|,E,1,d,1,-,|,q,|,E,2,d,2,=0,由式解得,d,2,=,d,1,=0.50 cm,(2)设微粒在虚线,MN,两侧的加速度大小分别为,a,1,、,a,2,由牛顿第二定,律有,|,q,|,E,1,=,ma,1,|,q,|,E,2,=,ma,2,设微粒在虚线,MN,两侧运动的时间分别为,t,1,、,t,2,由运动学公式有,d,1,=,a,1,d,2,=,a,2,又,t,=,t,1,+,t,2,由式解得,t,=1.5,10,-,8,s。,【例3】如图所示,一带电荷量为+,q,、质量为,m,的小物块处于一倾角,为37,的光滑斜面上,当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中,小,物块恰好静止。重力加速度取,g,sin 37,=0.6,cos 37,=0.8.求:,(1)水平向右电场的电场强度;,(2)若将电场强度减小为原来的1/2,物块的加速度是多大;,(3)电场强度变化后物块下滑距离,L,时的动能。,思路点拨:对物块做受力分析,运用力学知识解决。,命题研究三、带电体在电场中做直线运动问题,解析:(1)小物块静止在斜面上,受重力、电场力和斜面支持力,示意图,如图所示,则有,F,N,sin 37,=,qE,F,N,cos 37,=,mg,可得,E,=,。,(2)若电场强度减小为原来的,即,E,=,由牛顿第二定律得,mg,sin 37,-,qE,cos 37,=,ma,可得,a,=0.3,g,。,(3)电场强度变化后物块下滑距离,L,时,重力做正功,电场力做负功,由,动能定理得,mgL,sin 37,-,qE,L,cos 37,=,E,k,-,0,可得,E,k,=0.3mgL。,答案:(1),(2)0.3,g,(3)0.3,mgL,规律总结,:,求解此类问题首先对带电体受力分析,并弄清楚带电体的运动过程,然后选用恰当的物理规律求解。,(1)能量方法能量守恒定律;,(2)功能关系动能定理;,(3)力和加速度方法牛顿运动定律、匀变速直线运动的公式。,本课结束,谢谢观看,