带电粒子在电场中的运动.pptx

第四节 带电粒子在电场中的运动(一),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： S d 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= ,v2- =2ad;,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= mv2- m 。,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= mv2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。,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,R0为定值电阻,R1、R2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R1、R2,关于F的大 小判断正确的是( )。,拓展链接1,A.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变大,B.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变小,C.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变大,D.保持R2不变,缓慢增大R1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t0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t0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.0t0 B. t0,C. t0T D.Tt0,答案： B 解析:如果t0= 释放,则粒子一直向A板运动;如果t0= 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E1=2.0103 N/C和E2=4.0103 N/C,方向如图所示,带电微粒质量m=1.010-20 kg,带电荷量q=-1.010-9 C,A点距虚线MN的距离d1=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)1.510-8 s,(1)B点到虚线MN的距离d2;,(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|E1d1-|q|E2d2=0 ,由式解得d2= d1=0.50 cm,(2)设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2,由牛顿第二定 律有,|q|E1=ma1 ,|q|E2=ma2 ,设微粒在虚线MN两侧运动的时间分别为t1、t2,由运动学公式有,d1= a1 ,d2= a2 ,又t=t1+t2 ,由式解得,t=1.510-8 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,FNsin 37 =qE,FNcos 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,mgsin 37 -qEcos 37 =ma,可得a=0.3g。,(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