电容器与电容带电粒子在电场中的运动

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三节电容器与电容带电粒子在电场中的运动,一、电容器及电容,1,电容器,(1)组成：两个彼此,又,的导体组成电,容器，电容器可以容纳,。,(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的,，两极,板所带电荷量,。,(3)充、放电,充电：把电容器接在电源上后，电容器两个极板分别,带上等量异号电荷的过程。充电后两极板间存在,，,电容器储存了,。,放电：用导线将充电后的电容器的两极板接通，两极板,上电荷,的过程。放电后的两极板间不再有,，,同时电场能转化为其他形式的能。,绝缘,相距很近,电荷,绝对值,相等,电场,电能,中和,电场,介电常数,电荷量,电势差,容纳,法拉,F,10,6,10,12,正对面积,两板间距离,1关于电容器及其电容，下列说法中正确的是(),A,平行板电容器一板带电Q，另一板带电Q，则此电容,器不带电,B,由公式C 可知，电容器的电容随带电荷量Q的增加,而增大,C,对一个电容器来说，电容器的带电荷量与两板间的电势差,成正比,D,如果一个电容器两板间没有电压，就不带电荷，也就没,有电容,【解析】,该题考查电容器及其电容的概念，电容器两极,板带等量的异种电荷，电容器的电荷量是指某一板所带,电荷量的绝对值，故,A,错。由C 知，电容是一个用,比值定义的物理量，电容与电容器是否带电及带电多少,无关，因此,B,、,D,错，正确选项为,C,。,【答案】,C,二、带电粒子在电场中的加速和偏转,1,带电粒子在电场中的加速,(1)运动状态的分析：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条直线上，,做,。,加(减)速直线运动,带电粒子动能的增量,qU,2如下图所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运,动，则关于电子到达B板时的速率，下列解释正确的是(),A,两板间距越大，加速的时间就越长，则获得的速率越大,B,两板间距越小，加速度就越大，则获得的速率越大,C,与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关,D,以上解释都不正确,【答案】,C,垂直,匀变速曲线,匀速直线,匀加速直线,3如下图所示，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(),A1,1B1,2,C2,1 D1,4,【答案】,B,电子枪,荧光屏,偏转电极,中心,信号电压,扫描,2,电容器两类动态变化分析比较,(1)第一类动态变化,(2)第二类动态变化,(,2010安徽理综,)如下图所示，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,合电键,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(),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,【解题切点】,搞清电路连接方式，电容器中什么量不发生变化，,小球所受电场力如何变化？,【解析】,当电路接通后，对小球受力分析：小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用，其中重力为恒力，当电路稳定后，R,1,中没有电流，两端等电势，因此电容器两极板电压等于R,0,两端电压，当R,2,不变，R,1,变化时，电容器两极板电压不变，板间电场强度不变，小球所受电场力不变，F不变，,C,、,D,两项错。若保持R,1,不变，缓慢增大R,2,，R,0,两端电压减小，电容器两端电压减小，内部电场减弱，小球受电场力减小，F变小。故,B,项正确。,【答案】,B,【发散思维】,在分析平行板电容器的电容与其他参量的动态变化,时，有两个技巧：(1)确定不变量，(2)选择合适公式。,1(,2010北京理综,)用控制变量法，可以研究影响平行板电,容器电容的因素(如下图)。设两极板正对面积为S，极板间的,距离为d，静电计指针偏角为。实验中，极板所带电荷量不,变，若(),A,保持S不变，增大d，则变大,B,保持S不变，增大d，则变小,C,保持d不变，减小S，则变小,D,保持d不变，减小S，则不变,【解析】,静电计指针偏角体现电容器两板间电压大小。在,做选项所示的操作中，电容器电荷量Q保持不变，,保持S不变，增大d，则C减小，U增大，,偏角增大，选项,A,正确,B,错误；保持d不变，减小S，,则C减小，偏角也增大，故选项,C,、,D,均错。,【答案】,A,1,带电粒子在电场中的运动是否考虑重力,(1)基本粒子：如电子、质子、,粒子、离子等除有说明,或明确的暗示以外，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,粒子的偏转角问题,(1)已知电荷情况及初速度,如右图所示，设带电粒子质量为m，带电荷量为q，以速度,v,0,垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转电压为U,1,。,若粒子飞出电场时偏转角为，则,结论：粒子的偏转角与粒子的q、m无关，仅取决于加速,电场和偏转电场。即不同的带电粒子从静止经过同一电场,加速后进入同一偏转电场，它们在电场中的偏转角度总是,相同的。,结论：粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的l/2处沿,直线射出。,(2)若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U,0,加速后进入,偏转电场时，则由,和,，得：,结论：粒子的偏转距离与粒子的q、m无关，仅取决于加速,电场和偏转电场。即不同的带电粒子从静止经过同一电场,加速后进入同一偏转电场，它们在电场中的偏转距离总是,相同的。,(,2011洛阳模拟,)如下图所示，两平行金属板A、B,长L8,cm,，两板间距离d8,cm,，A板比B板电势高300,V,。,一带正电的粒子电荷量q10,10,C,，质量m10,20,kg,，沿,电场中心线RO垂直电场线飞入电场，初速度v,0,2,10,6,m,/,s,，粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场,区域后，进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域，(设界,面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响)。已知两界面,MN、PS相距为12,cm,，D是中心线RO与界面PS的交点，O,点在中心线上，距离界面PS为9,cm,，粒子穿过界面PS最后,垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上。(静电力常量,k9.0,10,9,N,m,2,/,C,2,),(1)求粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离多远？到达,PS界面时离D点多远？,(2)在图上粗略画出粒子运动的轨迹。,【解题切点】,本题思路,(2)第一段是抛物线，第二段是直线，第三段是曲线，,轨迹如下图所示。,【答案】,(1)3,cm,12,cm,(2)图见解析,【发散思维】,解答此类问题应从以下两方面入手：,(1)对复杂过程要善于分阶段分析，联系力学中的物理模型，,从受力情况、运动情况、能量转化等角度去研究。,(2)经常把电场与牛顿定律、动能定理、功能关系、运动学知,识、电路知识等综合起来，把力学中处理问题的方法迁移到电,场中去。,2(,2010江苏单科,)制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真,空中间距为d的两平行极板，如下图甲所示。加在极板A、B间,的电压U,AB,作周期性变化，其正向电压为U,0,，反向电压为,kU,0,(k1)，电压变化的周期为2,，如下图乙所示。在t0,时，极板B附近的一个电子，质量为m、电荷量为e，受电场作,用由静止开始运动。若整个运动过程中，电子未碰到极板A，,且不考虑重力作用。,(1)若k ，电子在02,时间内不能到达极板A，求d应满,足的条件；,(2)若电子在0200,时间内未碰到极板B，求此运动过程中,电子速度v随时间t变化的关系；,(3)若电子在第N个周期内的位移为零，求k的值。,【解析】,(1)电子在0,时间内做匀加速运动,1关于电容器的电容C、电压U和所带电荷量Q之间的关,系。以下说法正确的是(),AC由U确定,BC由Q确定,CC一定时，Q与U成正比,DC一定时，Q与U成反比,【答案】,C,【解析】,电容C由电容本身的构造所决定；,由C 知，,C,正确。,2.如右图所示是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串,联电路。在增大电容器两极板间距离的过程中(),A,电阻R中没有电流,B,电容器的电容变小,C,电阻R中有从a流向b的电流,D,电阻R中有从b流向a的电流,【答案】,BC,3如图所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方,向运动，指出下列对电子运动的描述中错误的是(设电源,电动势为U)(),A,电子到达B板时的动能是U,eV,B,电子从B板到达C板动能变化量为零,C,电子到达D板时动能是3U,eV,D,电子在A板和D板之间做往复运动,【解析】,由电池的接法知：A板带负电，B板带正电，,C板带正电，D板带负电，所以A、B板间有向左的电,场，C、D板间有向右的电场，B、C板间无电场，由动,能定理知：电子到达B板时的动能为U,eV,，到达D板的,动能为0，在B、C板间做匀速直线运动，总之电子能,在A板和D板间往复运动，所以错误选项为,C,。,【答案】,C,4.真空中的某装置如右图所示，其中平行金属板A、B之间有加,速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏。今有质子、氘核,和粒子均由A板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方,向进入偏转电场，最后打在荧光屏上。已知质子、氘核和粒,子的质量之比为1,2,4，电荷量之比为1,1,2，则下列判断,中正确的是(),A,三种粒子从B板运动到,荧光屏经历的时间相同,B,三种粒子打到荧光屏上,的位置相同,C,偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1,2,2,D,偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1,2,4,【答案】,B,5.如右图所示，水平放置的A、B两平行金属板相距h，上板,A带正电。现有质量为m、带电荷量为q的小球，在B板下,方距离B为H的P处，以初速度v,0,竖直向上运动，并从B板小,孔进入板间电场。欲使小球刚好打到A板，求A、B间的电,势差U,AB,。,