高考物理一轮复习 第6章 第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动课件.ppt

第3讲电容器带电粒子在电场中的运动 1 常见电容器 1 组成 由两个彼此 又相互 的导体组成 2 带电荷量 一个极板所带电荷量的 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 常见电容器电容器的电压 电荷量和电容的关系 考纲要求 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 q与电容器两极板间的电势差u的比值 2 定义式 c 3 物理意义 表示电容器 本领大小的物理量 4 单位 法拉 f 1f f 1012pf 电荷量 容纳电荷 106 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 与两板间的距离成反比 正对面积 介电常数 判断正误 正确的划 错误的划 1 任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体 就组成了电容器 跟这两个导体是否带电无关 2 电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和 3 电容器的电容与电容器所带电荷量成反比 4 一个电容器的电荷量增加 q 1 0 10 6c时 两板间电压升高10v 则电容器的电容c 1 0 10 7f 5 放电后的电容器电量为零 电容也为零 答案 1 2 3 4 5 1 带电粒子在电场中的加速带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场 带电粒子将做 运动 有两种分析方法 带电粒子在匀强电场中的运动 考纲要求 加 减 速 2 带电粒子在匀强电场中的偏转 1 条件分析 带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场 2 运动性质 运动 3 处理方法 分解成相互 的两个方向上的 类似于 4 运动规律 沿初速度方向做 运动 沿电场方向 做初速度为零的 运动 匀变速曲线 垂直 直线运动 平抛运动 匀速直线 匀加速直线 1 构造 偏转极板 荧光屏 如图6 3 1所示 图6 3 1 示波管 考纲要求 电子枪 2 工作原理 1 yy 上加的是待显示的 xx 上是机器自身产生的锯齿形电压 叫做 2 观察到的现象 如果在偏转电极xx 和yy 之间都没有加电压 则电子枪射出的电子沿直线运动 打在荧光屏 在那里产生一个亮斑 若所加扫描电压和 的周期相等 就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的稳定图象 信号电压 扫描电压 中心 信号电压 1 多选 有一只电容器的规格是 1 5 f 9v 那么 a 这只电容器上的电荷量不能超过1 5 10 5cb 这只电容器上的电荷量不能超过1 35 10 5cc 这只电容器的额定电压为9vd 这只电容器的击穿电压为9v解析9v为电容器的额定电压 或工作电压 故c正确 正常工作时的带电荷量q cu 1 5 10 6 9c 1 35 10 5c 选项b亦正确 答案bc 基础自测 2 单选 如图6 3 2所示 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 图6 3 2 答案a 3 单选 如图6 3 3所示 电子由静止开始从a板向b板运动 到达b板的速度为v 保持两板间电压不变 则 图6 3 3 a 当减小两板间的距离时 速度v增大b 当减小两板间的距离时 速度v减小c 当减小两板间的距离时 速度v不变d 当减小两板间的距离时 电子在两板间运动的时间变长 答案c 4 多选 如图6 3 4所示 在等势面沿竖直方向的匀强电场中 一带负电的微粒以一定初速度射入电场 并沿直线ab运动 由此可知 图6 3 4 a 电场中a点的电势高于b点的电势b 微粒在a点时的动能大于在b点时的动能 在a点时的电势能小于在b点时的电势能c 微粒在a点时的动能小于在b点时的动能 在a点时的电势能大于在b点时的电势能d 微粒在a点时的动能与电势能之和等于在b点时的动能与电势能之和 解析一带负电的微粒以一定初速度射入电场 并沿直线ab运动 其受到的电场力f只能垂直于等势面水平向左 则电场方向水平向右 如图所示 所以电场中a点的电势高于b点的电势 a对 微粒从a向b运动 则合外力做负功 动能减小 电场力做负功 电势能增加 c错 b对 微粒的动能 重力势能 电势能三种能量的总和保持不变 所以d错 答案ab 图6 3 5 答案a 热点一平行板电容器的动态问题分析 2 平行板电容器的动态分析问题常见的类型平行板电容器的动态分析问题有两种情况 一是电容器始终和电源连接 此时u恒定 二是电容器充电后电源断开 此时q恒定 典例1 如图6 3 6所示 先接通s使电容器充电 然后断开s 当增大两极板间距离时 电容器所带电荷量q 电容c 两极板间电势差u 两极板间场强e的变化情况是 a q变小 c不变 u不变 e变小b q变小 c变小 u不变 e不变c q不变 c变小 u变大 e不变d q不变 c变小 u变小 e变小审题指导电容器充电后与电源断开 则电容器所带的电荷量保持不变 根据这个不变量可分析其他物理量的变化情况 图6 3 6 答案c 跟踪短训 1 如图6 3 7所示 两块平行金属板正对着水平放置 两板分别与电源正 负极相连 当开关闭合时 一带电液滴恰好静止在两板间的m点 则 图6 3 7 a 当开关闭合时 若减小两板间距 液滴仍静止b 当开关闭合时 若增大两板间距 液滴将下降c 开关再断开后 若减小两板间距 液滴仍静止d 开关再断开后 若增大两板间距 液滴将下降 答案bc 2 给平行板电容器充电 断开电源后a极板带正电 b极板带负电 板间一带电小球c用绝缘细线悬挂 如图6 3 8所示 小球静止时与竖直方向的夹角为 则 图6 3 8 b极板向下平移少许 两极板的正对面积减小 两极板间的电势差增大 两极板间的场强增大 带电小球c所受的电场力增大 夹角 将变大 b c正确 将细线剪断 带电小球c受到重力和电场力的作用 合力保持不变 小球做直线运动 d错误 答案abc 带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法 热点二带电粒子 带电体 在匀强电场中的直线运动问题 答案d 反思总结处理带电粒子在电场中运动的常用技巧 1 微观粒子 如电子 质子 粒子等 在电场中的运动 通常不必考虑其重力及运动中重力势能的变化 2 普通的带电体 如油滴 尘埃 小球等 在电场中的运动 除题中说明外 必须考虑其重力及运动中重力势能的变化 跟踪短训 3 如图6 3 9所示 沿水平方向放置的平行金属板a和b分别与电源的正负极相连 a b板的中央沿竖直方向各有一个小孔 闭合开关s后 带正电的液滴从小孔正上方的p点由静止自由落下 当液滴穿过b板小孔到达a板小孔时速度为v1 现使a板不动 在开关s仍闭合或断开的情况下 b板向上或向下平移一小段距离 相同的液滴仍从p点自由落下 此时液滴到达a板小孔时速度为v2 下列说法中正确的是 a 若开关s保持闭合 向下移动b板 则v2 v1b 若开关s闭合一段时间后再断开 向下移动b板 则v2 v1c 若开关s保持闭合 则无论向上或向下移动b板 都有v2 v1d 若开关s闭合一段时间后再断开 则无论向上或向下移动b板 都有v2 v1 图6 3 9 答案bc 4 如图6 3 10所示 板长l 4cm的平行板电容器 板间距离d 3cm 板与水平线夹角 37 两板所加电压为u 100v 有一带负电液滴 带电荷量为q 3 10 10c 以v0 1m s的水平速度自a板边缘水平进入电场 在电场中仍沿水平方向并恰好从b板边缘水平飞出 取g 10m s2 sin 0 6 cos 0 8 求 1 液滴的质量 2 液滴飞出时的速度 图6 3 10 求解带电粒子偏转问题的思路在示波管模型中 带电粒子经加速电场u1加速 再经偏转电场u2偏转后 需再经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点p 如图6 3 11所示 图6 3 11 热点三带电粒子在匀强电场中的偏转问题 1 确定最终偏移距离思路 思路 2 确定偏转后的动能 或速度 思路 思路 典例3 2013 广东卷 15 喷墨打印机的简化模型如图6 3 12所示 重力可忽略的墨汁微滴 经带电室带负电后 以速度v垂直匀强电场飞入极板间 最终打在纸上 则微滴在极板间电场中 a 向负极板偏转b 电势能逐渐增大c 运动轨迹是抛物线d 运动轨迹与带电量无关 图6 3 12 审题指导 1 负电荷所受电场力的方向与 2 带电微滴进入电场后做什么运动 3 带电微滴在水平方向做 在竖直方向做 提示 1 电场强度方向相反 2 类平抛运动 3 匀速直线运动匀加速直线运动 答案c 反思总结1 分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题的关键 1 条件分析 不计重力 且带电粒子的初速度v0与电场方向垂直 则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动 2 运动分析 一般用分解的思想来处理 即将带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动 2 两个结论 1 不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时的偏转角度总是相同的 2 粒子经电场偏转后 合速度的反向延长线与初速度延长线的交点为粒子水平位移的中点 跟踪短训 5 如图6 3 13所示 一价氢离子 h 和二价氦离子 he 的混合体 经同一加速电场加速后 垂直射入同一偏转电场中 偏转后 打在同一荧光屏上 则它们 a 同时到达屏上同一点b 先后到达屏上同一点c 同时到达屏上不同点d 先后到达屏上不同点 图6 3 13 解析一价氢离子 h 和二价氦离子 he 的比荷不同 经过加速电场的末速度不同 因此在加速电场及偏转电场的时间均不同 但在偏转电场中偏转距离相同 所以会打在同一点 选b 答案b 6 如图6 3 14所示 真空中水平放置的两个相同极板y和y 长为l 相距为d 足够大的竖直屏与两板右侧相距b 在两板间加上可调偏转电压uyy 一束质量为m 带电荷量为 q的粒子 不计重力 从两板左侧中点a以初速度v0沿水平方向射入电场且能穿出 图6 3 14 1 证明粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心o点 2 求两板间所加偏转电压uyy 的范围 3 求粒子可能到达屏上区域的长度 1 常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波 锯齿波 正弦波等 2 常见的试题类型此类题型一般有三种情况 1 粒子做单向直线运动 一般用牛顿运动定律求解 2 粒子做往返运动 一般分段研究 3 粒子做偏转运动 一般根据交变电场特点分段研究 思想方法10 带电粒子在交变电场中的运动问题 3 常用的分析方法 1 带电粒子在交变电场中的运动 通常只讨论电压的大小不变 方向做周期性变化 如方波 且不计粒子重力的情形 在两个相互平行的金属板间加交变电压时 在两板中间便可获得交变电场 此类电场从空间看是匀强的 即同一时刻 电场中各个位置处电场强度的大小 方向都相同 从时间看是变化的 即电场强度的大小 方向都随时间而变化 当粒子平行于电场方向射入时 粒子做直线运动 其初速度和受力情况决定了粒子的运动情况 粒子可以做周期性的运动 当粒子垂直于电场方向射入时 沿初速度方向的分运动为匀速直线运动 沿电场方向的分运动具有周期性 2 研究带电粒子在交变电场中的运动 关键是根据电场变化的特点 利用牛顿第二定律正确地判断粒子的运动情况 根据电场的变化情况 分段求解带电粒子运动的末速度 位移等 3 对于锯齿波和正弦波等电压产生的交变电场 一般来说题中会直接或间接提到 粒子在其中运动时电场为恒定电场 故带电粒子穿过电场时可认为是在匀强电场中运动 典例 如图6 3 15甲所示 长为l 间距为d的两金属板a b水平放置 ab为两板的中心线 一个带电粒子以速度v0从a点水平射入 沿直线从b点射出 若将两金属板接到如图乙所示的交变电压上 欲使该粒子仍能从b点以速度v0射出 求 图6 3 15 1 交变电压的周期t应满足什么条件 2 粒子从a点射入金属板的时刻应满足什么条件 提示 1 曲线运动 2 匀速直线运动 3 加速 减速 反向加速 反向减速 4 粒子运动到b点时 在垂直于金属板的方向上速度正好等于零粒子的运动时间等于一个周期 反思总结对于带电粒子在交变电场中的运动问题 由于不同时间内场强不同 使得带电粒子所受的电场力不同 造成带电粒子的运动情况发生变化 解决这类问题 要分段进行分析 根据题意找出满足题目要求的条件 从而分析求解 即学即练如图6 3 16甲所示 热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计 电子发射装置的加速电压为u0 电容器板长和板间距离均为l 10cm 下极板接地 电容器右端到荧光屏的距离也是l 10cm 在电容器两极板间接一交变电压 上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示 每个电子穿过平行板的时间都极短 可以认为电压是不变的 求 图6 3 16 1 在t 0 06s时刻 电子打在荧光屏上的何处 2 荧光屏上有电子打到的区间有多长 答案 1 打在屏上的点位于o点上方 距o点13 5cm 2 30cm 附 对应高考题组1 2012 课标全国 18 如图 平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度 两极板与一直流电源相连 若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器 则在此过程中 该粒子 a 所受重力与电场力平衡b 电势能逐渐增加c 动能逐渐增加d 做匀变速直线运动 解析带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用 一是重力mg 方向竖直向下 二是电场力f eq 方向垂直于极板向上 因二力均为恒力 又已知带电粒子做直线运动 所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上 根据牛顿第二定律可知 该粒子做匀减速直线运动 选项d正确 选项a c错误 从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出 电场力对粒子做负功 粒子的电势能增加 选项b正确 答案bd 2 2012 海南单科 9 将平行板电容器两极板之间的距离 电压 电场强度大小和极板所带的电荷量分别用d u e和q表示 下列说法正确的是 a 保持u不变 将d变为原来的两倍 则e变为原来的一半b 保持e不变 将d变为原来的一半 则u变为原来的两倍c 保持d不变 将q变为原来的两倍 则u变为原来的一半d 保持d不变 将q变为原来的一半 则e变为原来的一半 答案ad 3 2012 广东理综 20 图是某种静电矿料分选器的原理示意图 带电矿粉经漏