电容器带电粒子在电场中的运动LI.ppt

高三物理高考复习 第8章静电场 第3讲电容器带电粒子在电场中的运动 基础知识梳理 一 电容器 电容1 电容器 1 组成 由两个彼此 又相互 的导体组成 2 带电量 一个极板所带电量的 3 电容器的充 放电充电 使电容器带电的过程 充电后电容器两板带上等量的 电容器中储存 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 绝缘 靠近 绝对值 异种电荷 电场能 电场能 2 电容 1 定义式 2 单位 法拉 F 1F F 1012pF3 平行板电容器 1 影响因素 平行板电容器的电容与 成正比 与介质的 成正比 与两极板间 成反比 106 正对面积 介电常数 距离 2 决定式 C k为静电力常量 保持两极板与电源相连 则电容器两极板间 不变 充电后断开电源 则电容器所带的 不变 特别提示 1 电容器的电容大小是由本身的特性决定的 与极板间电压以及电容器带电多少 带不带电荷无关 2 电容器充 放电时 电流的方向可以由正电荷定向移动的方向来确定 电压 电荷量 二 带电粒子在电场中的运动1 带电粒子在电场中的加速 1 处理方法 利用动能定理 qU 2 适用范围 2 带电粒子在电场中的偏转带电粒子以垂直匀强电场的场强方向进入电场后 做类平抛运动 轨迹为抛物线 垂直于场强方向做 运动 vx v0 x v0t 任何电场 匀速直线 平行于场强方向做初速度为零的 运动 匀加速直线 图6 3 1 三 示波管1 示波管装置示波管由电子枪 偏转电极和荧光屏组成 管内抽成真空 如图6 3 2所示 图6 3 2 2 工作原理示波器是可以用来观察电信号随时间变化情况的一种电子仪器 如果在偏转电极XX 上加横向扫描电压 同时加在偏转电极YY 上所要研究的信号电压 电子束随信号电压的变化在纵向做竖直方向的扫描 其周期与偏转电极XX 的扫描电压的周期相同 在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线 课堂互动讲练 4 动态分析如下表 即时应用1 2010年高考北京理综卷 用控制变量法 可以研究影响平行板电容器电容的因素 如图6 3 3 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 图6 3 3 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 答案 A 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 结论 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 图6 3 4 图6 3 5 A 偏转角度相同B 偏转距离相同C 运动时间相同D 动能相同 答案 AB 经典题型探究 2010年高考重庆理综卷 某电容式话筒的原理示意图如图6 3 7所示 E为电源 R为电阻 薄片P和Q为两金属极板 对着话筒说话时 P振动而Q可视为不动 在P Q间距增大过程中 A P Q构成的电容器的电容增大B P上电荷量保持不变C M点的电势比N点的低D M点的电势比N点的高 图6 3 7 答案 D 答案 D 变式训练1一平行板电容器充电后与电源断开 负极板接地 在两极板间有一正电荷 电荷量很小 固定在P点 如图6 3 8所示 以E表示两极板间的场强 U表示电容器的电压 W表示正电荷在P点的电势能 若负极板不动 将正极板移到图中虚线所示的位置 A U变小 E不变B E变大 W变大C U变小 W不变D U不变 W不变 图6 3 8 答案 AC 如下图所示 水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接 圆弧的半径R 0 40m 在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场 电场强度E 1 0 104N C 现有一质量m 0 10kg的带电体 可视为质点 放在水平轨道上与B端距离x 1 0m的位置 由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动 当运动到圆弧形轨道的C端时 速度恰好为零 已知带电体所带电荷q 8 0 10 5C 取g 10m s2 求 例2 1 带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小 2 带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小 3 带电体沿圆弧形轨道运动过程中 电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少 解析 1 设带电体在水平轨道上运动的加速度大小为a 根据牛顿第二定律有qE ma解得a qE m 8 0m s2设带电体运动到B端时的速度大小为vB 则v2 2ax解得vB 4 0m s 2 设带电体运动到圆弧形轨道B端时受轨道的支持力为FN 根据牛顿第二定律有FN mg mv R解得FN mg mv R 5 0N根据牛顿第三定律可知 带电体对圆弧形轨道B端的压力大小F N 5 0N 3 因电场力做功与路径无关 所以带电体沿圆弧形轨道运动过程中 电场力所做的功W电 qER 0 32J设带电体沿圆弧形轨道运动过程中摩擦力所做的功为W摩 对此过程根据动能定理有W电 W摩 mgR 0 解得W摩 0 72J 答案 1 8 0m s24 0m s 2 5 0N 3 0 32J 0 72J 规律总结 1 由于带电微粒在匀强电场中所受电场力与重力都是恒力 因此其处理方法可用正交分解法 先将复杂的运动分解为两个互相正交的简单的直线运动 而这两个直线运动的规律我们可以掌握 然后再按运动合成的观点 去求出复杂运动的相关物理量 2 用能量观点处理带电粒子在复合场中的运动 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 再考虑应用恰当的规律 动能定理 能量转化守恒定律等 解题 满分样板15分 如图6 3 11所示 真空室中速度v0 1 6 107m s的电子束 连续地沿两水平金属板中心线OO 射入 已知极板长l 4cm 板间距离d 1cm 板右端距离荧光屏PQ为L 18cm 图6 3 11 思路点拨 由于电子经过板间的时间极短 远小于交变电压的周期 因此 在电子经过板间的过程中 可认为板间电压不变 因此电子在板间的运动可认为是类平抛运动 但不同电压值对应电子不同的偏移量 沿金属板边缘射出的电子对应屏上线段的最上端和最下端 图6 3 12 答案 10cm 规律总结 1 此题属于带电粒子在交变电场中的运动问题 但因粒子在电场中运动时间极短 粒子在电场中运动的过程中可认为电场是不变的 2 打在屏上最上端和最下端的电子是否是沿金属板边缘飞出的电子应当通过计算做出判断