高考物理大一轮复习第七章静电场3电容器与电容带电粒子在电场中的运动课件.ppt

第七章静电场 第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动 1 理解电容器的基本概念 会运用定义式进行有关计算 2 掌握电容器的两类动态分析 3 能利用动能定理 能量守恒定律分析解决带电粒子的加速与偏转问题 4 能对带电粒子在交变电场中的运动进行分析 5 掌握带电粒子在复合场中运动的分析方法 1 电容器 1 组成 由两个彼此 又相互 的导体组成 2 所带电荷量 每个极板所带电荷量的 3 电容器的充电和放电充电 使电容器带电的过程 充电后电容器两极板带上等量的 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 电容器所带的 与电容器两极板间的电势差U的比值 2 定义式 3 物理意义 表示电容器 本领大小的物理量 3 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 成反比 2 决定式 C k为静电力常量 电荷量Q 容纳电荷 正对面积 介电常数 两板间的距离 动能 2 进入电场的方式 一个质量为m 带电荷量为q的粒子 以初速度v0 于电场线方向进入两平行金属板间的匀强电场 两板间的电势差为U 力的特点 粒子所受电场力大小 且电场力的方向与初速度v0的方向垂直 运动特点 做 运动 与力学中的平抛运动类似 垂直 不变 匀变速曲线 运动规律 两平行金属板间距离为d 金属板长为l v0 v0t 5 示波管 1 构造 2 工作原理 如图所示 电子枪 偏转电极 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 分析是电势差不变还是所带电荷量不变 1 平行板电容器充电后继续保持电容器两极板与电源两极相连接 则电容器两端的电势差U不变 2 平行板电容器充电后切断与电源的连接 则电容器所带的电荷量Q不变 电容器两类动态问题的分析方法 典题演示1 2016 天津卷 如图所示 平行板电容器带有等量异种电荷 与静电计相连 静电计金属外壳和电容器下极板都接地 在两极板间有一个固定在P点的点电荷 以E表示两板间的电场强度 EP表示点电荷在P点的电势能 表示静电计指针的偏角 若保持下极板不动 将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置 则 A 增大 E增大B 增大 EP不变C 减小 EP增大D 减小 E不变 D 典题演示2 2015 苏州一模 如图所示 一平行板电容器充电后与电源断开 负极板接地 正极板与静电计相连 两板间有一个正检验电荷固定在P点 以C表示电容器的电容 E表示两板间的场强 表示P点的电势 W表示正检验电荷在P点的电势能 若正极板保持不动 将负极板缓慢向右平移一小段距离l0的过程中 下列各物理量与负极板移动距离x的关系图象中 正确的是 C 1 带电粒子在电场中的运动综合了静电场和力学的知识 分析方法和力学的分析方法基本相同 先分析受力情况 再分析运动状态和运动过程 平衡 加速 减速 直线还是曲线 然后选用恰当的规律解题 解决这类问题的基本方法是 1 采用运动和力的观点 即牛顿第二定律和运动学知识求解 2 用能量转化的观点 即用动能定理和功能关系求解 带电粒子在电场中的直线运动 2 对带电粒子进行受力分析时应注意的问题 1 要掌握电场力的特点 电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关 还跟带电粒子的电性和电荷量有关 在匀强电场中 同一带电粒子所受电场力处处是恒力 在非匀强电场中 同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同 2 是否考虑重力要依据情况而定 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等除有特殊说明或明确的暗示外 一般不考虑重力 但不能忽略质量 带电颗粒 如液滴 油滴 尘埃 小球等 除有特殊说明或明确的暗示外 一般都不能忽略重力 1 求小物块在运动过程中加速度的最大值 并指出此时加速度的方向和速度的方向 答案 12m s2加速度方向沿斜面向上 速度方向沿斜面向下 2 设小物块第一次返回的最高点为D 求AD的距离l3 3 求小物块在BC间运动的总路程 答案 1 875m 1 粒子的偏转角 1 以初速度v0进入偏转电场 如图所示 带电粒子在电场中的偏转 典题演示4 2016 南通一模 如图所示 间距为d的平行金属板间电压恒定 初速度为零的电子经电压U0加速后 沿两板间的中心线进入板间电场 电子恰好从下极板边缘飞出 飞出时速度的偏向角为 已知电子质量为m 电荷量为e 电子重力不计 求 1 电子刚进入板间电场时的速度大小v0 2 电子通过两极板间的过程中 电场力做的功W 答案 eU0tan2 3 平行金属板间的电场强度大小E 典题演示5 2015 安徽卷 在xOy平面内 有沿y轴负方向的匀强电场 场强大小为E 图中未画出 由A点斜射出一质量为m 带电荷量为 q的粒子 B和C是粒子运动轨迹上的两点 如图所示 其中l0为常数 粒子所受重力忽略不计 求 1 粒子从A到C过程中电场力对它做的功 答案 3qEl0 2 粒子从A到C过程所经历的时间 3 粒子经过C点时的速率 1 带电粒子在电场中的运动是一个综合静电力 电势能等电学知识的力学问题 研究方法与质点动力学相同 它同样遵守运动的合成与分解 牛顿运动定律 动能定理等力学规律 处理问题的要点 注意区分不同的物理过程 弄清物体的受力情况及运动性质 并选用相应的物理规律 带电粒子在复合场中的运动 2 两种常用的处理方法 1 运动的合成与分解 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解复杂运动的有关物理量 AB 微模型7带电粒子在交变电场中的运动带电粒子在交变电场中运动的情况比较复杂 由于不同时段受力情况不同 运动情况也就不同 若按常规的分析方法 一般都较繁琐 较好的分析方法就是利用带电粒子的速度图象来分析 在画速度图象时 要注意以下几点 1 带电粒子进入电场的时刻 2 速度图象的斜率表示加速度 因此加速度相同的运动一定是平行的直线 3 图线与坐标轴的围成的面积表示位移 且在横轴上方所围成的面积为正 在横轴下方所围成的面积为负 4 注意对称和周期性变化关系的应用 5 图线与横轴有交点 表示此时速度反向 对运动很复杂 不容易画出速度图象的问题 还应逐段分析求解 1 当粒子的位移为多大时 速度第一次达到最大 最大值是多少 答案 0 04m2 4 105m s 2 粒子运动过程中 将与某一极板相碰撞 求粒子碰撞极板时速度大小 答案 2 1 105m s 解析 粒子在电场中的运动情况比较复杂 可借助于v t图象分析运动的过程 如图所示为一个周期的v t图象 以后粒子将重复这种运动 针对训练如图甲所示 A B是一对平行放置的金属板 中心各有一个小孔P Q PQ连线垂直金属板 两板间距为d 现从P点处连续不断地有质量为m 带电荷量为 q的带电粒子 重力不计 沿PQ方向放出 粒子的初速度可忽略不计 在t 0时刻开始在A B间加上如图乙所示的交变电压 A板电势高于B板电势时 电压为正 其电压大小为U 周期为T 带电粒子在A B间运动过程中 粒子间相互作用力可忽略不计 1 2016 盐城三模 如图所示 用导线将静电计与已经充电的平行板电容器极板连接 保持B极板位置不动 向右沿水平方向移动A极板 下列说法中正确的是 A 电容器电容减小B 两极板间电压不变C 静电计指针偏角变大D 两极板间电场强度不变 D A AD B D 1 小球返回O点时速度的大小 2 匀强电场的电场强度E的大小 3 小球运动到最高点时的位置坐标 答案 16h 4h 解析 1 设小球从O点运动到P点所用时间为t 在P点的速度为v1 返回O点时的速度为v2 则