高考物理人教版选修3-1 6.3《电容器 带电粒子在电场中的运动》课件

欢迎进入物理课堂 1 电容器 1 两个又的导体组成电容器 2 电容器的充 放电 使电容器的两个极板分别带上电荷的过程叫充电 充电的过程是将储存在电容器中 使电容器两个极板上的电荷的过程叫做放电 放电的过程是将储存在电容器中的转化为 3 带电量 一个极板所带电量的 彼此绝缘 相距很近 等量的异号 电场能 中和 电场能 其他形式的能 绝对值 2 电容 1 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 定义公式 C 注意 C跟Q U 只取决于电容器本身 2 电容的物理意义 是描述电容器本领大小的物理量 3 电容的单位是 符号是 1F F pF 电荷量Q 电势差U 无关 容纳电荷 法拉 F 106 1012 3 平行板电容器的电容 1 平行板电容器的电容C跟电介质的相对成正比 跟成正比 跟极板间的成反比 用公式表示 C 2 电容器的击穿电压和工作电压 击穿电压是指电容器能承受的电压 工作电压是电容器工作时的电压 介电常数 r 正对面积S 距离 最大 正常 4 带电粒子在电场中的加速和偏转 1 带电粒子的加速 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 受到的电场力与在同一直线上 做运动 以上公式适用于一切电场 包括匀强电场和非匀强电场 初速度 匀加速直线 2 带电粒子的偏转 运动状态分析 带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时 受到恒定的 与初速度方向的电场力作用而做运动 处理方法 类似于平抛运动的处理 应用的知识方法 沿初速度方向为运动 运动时间 t l v0 沿电场力方向为运动 垂直 曲线 平抛运动 匀速直线 初速度为零的匀加速直线 5 示波管的原理 1 构造 电子枪 荧光屏 2 工作原理 如图所示 偏转电极 3 如果在偏转电极XX 和YY 之间都没有加电压 则电子枪射出电子后沿直线传播 打在荧光屏的 在那里产生一个亮斑 4 YY 上加的是待显示的 XX 上是机器自身的锯齿形电压 叫做 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 中心 信号电压 扫描电压 稳定图象 2 保持两板与电源相连 则电容器两极电压U不变 3 充电后断开电源 则带电荷量Q不变 4 运用电容的定义式和决定式解决电容器问题的思路是 1 确定不变量 分析电压不变或电荷量不变 技巧提示 在分析电容器动态变化问题时 要利用 控制变量 法 有两种情况 1 U保持不变 电容器始终与电源相连 2 Q保持不变 电容器充电后与电源断开 案例1 2011 天津理综 板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时 两极板间电势差为U1 板间场强为E1 现将电容器所带电荷量变为2Q 板间距变为d 其他条件不变 这时两极板间电势差为U2 板间场强为E2 下列说法正确的是 A U2 U1 E2 E1B U2 2U1 E2 4E1C U2 U1 E2 2E1D U2 2U1 E2 2E1 解析 U1 Q C E1 U1 d 当板间距变为d时 由C S 4 kd可知电容变为2C 而带电荷量也变为2Q 故U2 2Q 2C U1 E2 故C选项正确 答案 C 即时巩固1 2009 福建理综 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 一带电油滴位于电容器中的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小D 若电容器的电容减小 则极板带电荷量将增大 答案 B 考点二对带电粒子在电场中偏转情况的讨论1 对粒子偏转角的讨论 由 式可知 粒子从偏转电场中射出时 就像是从极板间的l 2处沿直线射出一样 由 式可知 粒子的偏转角和偏距与粒子的q m无关 仅决定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和偏转距离总是相同的 技巧提示 在以上讨论中 均未考虑带电粒子的重力 所以 结论只适用于mg qE的情况 但在另一类问题中 若带电粒子 或带电小球 所受重力跟电场力可以相比拟 则重力就必须考虑了 一般来说 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 除有说明或有明确暗示以外 一般都不能忽略重力 案例2 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 如图甲所示 加在极板A B间的电压UAB作周期性变化 其正向电压为U0 反向电压为 kU0 k 1 电压变化的周期为2 如图乙所示 在t 0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 即时巩固2 如图所示 两平行板电容器的四块极板A B C D平行放置 AB两板充电后与电源断开 CD两板始终与电源相连 每块极板上开有一个小孔 四个小孔M N P Q的连线与极板垂直 一个电子以非常小的速度从小孔M进入A B极板间 在被A B极板间的电场加速后 从小孔P进入C D极板间 但未从小孔Q射出 则 A 若将B板向右移动一小段距离 电子可能从小孔Q射出B 若将A板向左移动一小段距离 电子可能从小孔Q射出C 若将D板向左移动一小段距离 电子可能从小孔Q射出D 若将C板向右移动一小段距离 电子可能从小孔Q射出 解析 带电粒子未从Q射出 则可知UCD UBA 将B板右移 由C S 4 kd知C变小 因Q不变 则由C Q U知 UBA变大 故可能从小孔Q射出 A项正确 将A板左移 则同理可知 UBA变大 故可能从小孔Q射出 故B项正确 不管如何移动C D板 UCD不变 故不可能从小孔Q射出 C D两项错误 答案 A B 案例3 水平放置的两块平行金属板长L 5 0cm 两板间距d 1 0cm 两板间电压为90V 且上板为正 一个电子沿水平方向以速度v0 2 0 107m s 从两板中间射入 如图所示 电子质量m 9 0 10 31kg 求 1 电子偏离金属板时的侧位移是多少 2 电子飞出电场时的速度是多少 3 电子离开电场后 打在屏上的P点 若x 10cm 求OP的高度 答案 1 0 5cm 2 2 04 107m s 3 2 5cm 即时巩固3 如图所示 两平行金属板间有一匀强电场 板长为L 板间距离为d 在板右端L处有一竖直放置的光屏M 一带电荷量为q 质量为m的质点从两板中央射入板间 最后垂直打在M屏上 则下列结论正确的是 A 板间电场强度大小为mg qB 板间电场强度大小为2mg qC 质点在板间的运动时间和它从板的右端运动到光屏的时间相等D 质点在板间的运动时间大于它从板的右端运动到光屏的时间 解析 当质点所受电场力方向向上且大于重力时 质点才可能垂直打到屏上 由运动的合成与分解知识 可知质点在水平方向上一直做匀速直线运动 所以质点在电场中做类平抛运动的时间和在重力场中做斜上抛运动的时间相等 由运动规律可知质点在水平方向上做匀速直线运动 vx v0 在竖直方向上 在电场中vy at 如图所示 离开电场后质点做斜上抛运动 vy gt 由此运动过程的对称性可知a g 由牛顿第二定律得 qE mg ma mg 解得 E 2mg q 故B C正确 答案 B C 考点三带电粒子在复合场中运动分析1 处理带电粒子在复合场中的运动是否考虑重力的问题基本粒子 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 带电颗粒 如液滴 油滴 尘埃 小球等 除有说明或明确的暗示以外 一般都不忽略重力 2 在考虑重力时 由于带电粒子在匀强电场中所受电场力与重力都是恒力 可用正交分解法处理这种运动的基本思想与处理偏转运动是类似的 可以将此复杂的运动分解为两个互相正交的比较简单的直线运动 而这两个直线运动的规律我们是可以掌握的 然后再按运动合成的观点去求出复杂运动的有关物理量 3 用能量的观点处理带电粒子在电场中的运动从功能观点出发分析带电粒子的运动问题时 在对带电粒子受力情况和运动情况进行分析的基础上 再考虑恰当的规律解题 如果选用动能定理 要分清有几个力做功 做正功还是负功 是恒力做功还是变力做功 以及初 末状态的动能 如果选用能量守恒定律解题 要分清有多少种形式的能参与转化 哪种能量增加 哪种能量减少 并注意电场力做功与路径无关 案例4 如图所示 水平放置的A B两平行金属板相距为h 上板A带正电 下板B带负电 现有一个质量为m 电荷量为 q的小球 在B板下方距离为H处以初速度v0竖直向上抛出 通过B板小孔进入板间电场 欲使小球刚好打到A板上 试问A B间电势差UAB应该为多大 即时巩固4 如图所示 平行板电容器的板长为L 板间距离为d 板B与水平方向的夹角为 两板间所加电压为U 有一带负电液滴 带电荷量为q 以v的水平速度自A板边缘水平进入 液滴在电场中仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出 求 1 液滴的质量 2 液滴飞出时的速度 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全