【走向高考】高考物理总复习 第六章 第3讲 带电粒子在电场中的运动电容器课件.ppt

温故自查1 电容器 两个彼此又互相的导体可构成一个电容器 2 电容 1 定义 电容器所带的电荷量q 一个极板所带电荷量的绝对值 与两个极板间电势差u的比值 叫做电容器的电容 绝缘 靠近 3 单位 国际单位制中为 简称 国际符号为f 1f f pf 3 常见电容器有纸质电容器 电解电容器 可变电容器 平行板电容器等 电解电容器接入电路时 应注意其极性 106 1012 法拉 法 温故自查1 静电感应把金属导体放在外电场e中 导体内的由于受电场力作用而的现象叫做静电感应 2 静电平衡发生静电感应的导体在自由电子停止时的状态称为静电平衡状态 自由电子 重新分布 定向移动 3 静电屏蔽在静电屏蔽现象中 金属网罩可以使罩内不受外界的影响 如果把金属罩还可以使罩内的带电体对外界不产生影响 电场 接地 考点精析1 静电平衡的实质将不带电的金属导体放入场强为e0的静电场中 导体内自由电子便受到与场强e0方向相反的电场力作用 除了做无规则热运动 自由电子还要向电场e0的反方向做定向移动 图甲所示 并在导体的一个侧面集结 使该侧面出现负电荷 而相对的另一侧出现 过剩 的等量的正电荷 如图乙所示 等量异种电荷形成一附加电场e 当附加电场与外电场的合场强为零时 即e 的大小等于e0的大小而方向相反时 如图丙所示 自由电子的定向移动停止 这时的导体处于静电平衡状态 2 处于静电平衡状态的导体具有以下特点 1 导体内部的场强 e0与e 的合场强 处处为零 e内 0 2 整个导体是等势体 导体的表面是等势面 3 导体外部电场线与导体表面垂直 4 静电荷只分布在导体外表面上 且与导体表面的曲率有关 温故自查1 运动状态的分析 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场 粒子的重力不计时 受到的电场力与运动方向在同一直线上 粒子做运动 2 用功能观点分析 粒子的重力不计时粒子动能的变化量等于做的功 匀加速 或匀减速 直线 电场力 eqd 不过 两者也有不同之处 所有的物体在重力场中具有相同的加速度g 而带电粒子在电场中的加速度a f m eq m 其值和带电粒子本身的性质 q m 有关 注意 1 带电粒子在电场中是否考虑重力的问题 带电粒子一般指电子 质子 离子 粒子等基本粒子 除非有特殊说明或者有明确的暗示之外 其重力一般可以忽略不计 并非忽略质量 如果是带电颗粒 如尘埃 液滴 小球等 除非有特殊说明或者有明确的暗示之外 其重力一般不能忽略 2 讨论带电粒子在电场中的直线运动问题 加速或减速 经常用到的方法 1 能量方法 能量守恒定律 注意题目中有哪些形式的能量出现 2 功能关系 动能定理 注意过程分析要全面 准确求出过程中的所有功 判断选用分阶段还是全过程使用动能定理 3 动力学方法 牛顿运动定律和匀变速直线运动公式的结合 注意受力分析要全面 特别是重力是否需要考虑的问题 另外要注意运动学公式包含物理的正负号 即其矢量性 温故自查1 带电粒子以初速度v0垂直电场方向进入电场 若只受电场力作用 则做a 的运动 类平抛 2 示波器 构造 示波器的核心部件是示波管 它由电子枪 荧光屏组成 工作原理 如图所示 电子先由加速电压u1加速 再经偏转电压u2偏转 偏转电极 考点精析1 运动状态分析带电粒子仅受电场力作用 以初速度v0垂直进入匀强电场 粒子做类平抛运动 2 处理方法垂直于场强方向做匀加速直线运动 即vx v0 x v0t ax 0平行于场强方向做匀加速直线运动 即 3 基本公式如图所示 设质量为m 电荷量为q的带电粒子以初速度v0沿垂直于电场的方向进入长为l 间距为d 电势差为u的平行金属板间的匀强电场中 若不计粒子的重力 则可求出如下物理量 考例1 图中平行放置的金属板a b组成一只平行板电容器 在不断开开关s时 试讨论以下两种情况下电容器两板电势差u 电量q 板间场强e的变化情况 1 使a板向上平移拉开一些 2 使a板向右平移错开一些 答案 1 u不变 q减小 e减小 2 u不变 q减小 e不变 总结评述 若断开s 再讨论下列情况中q u e的变化 1 使a b板间距d稍微增大 2 使a b正对面积s稍微减少 3 a b间充满介电常数 1的介质 电源断开之后 电容器所带的电量q不变化 属于q保持不变的情况 2010 重庆理综 某电容式话筒的原理示意图如右图所示 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 答案 d 命题规律带电粒子只受电场力作用在电场中做匀变速直线运动 或做类平抛运动 考查利用牛顿定律或动能定理 及平抛运动的特点来解决有关问题 一般是以计算题出现 考例2 2010 福建厦门质检 如图所示 虚线mn下方存在竖直向上的匀强电场 场强e 2 103v m 电场区域上方有一竖直放置长为l 0 5m的轻质绝缘细杆 细杆的上下两端分别固定一个带电小球a b 它们的质量均为m 0 01kg a带正电 电荷量为q1 2 5 10 4c b带负电 电荷量q2 5 10 5c b到mn的距离h 0 05m 现将轻杆由静止释放 g取10m s2 求 1 b刚进入匀强电场后的加速度大小 2 从开始运动到a刚要进入匀强电场过程的时间 3 b向下运动离mn的最大距离 b进入电场瞬间速度 v1 gt1 1m s从b进入电场到a刚要进入电场过程 a b及轻杆整体做匀加速运动 时间为t2l v1t2 at22解方程得 t2 0 2s从开始运动到a刚要进入匀强电场过程中的时间t t1 t2 0 3s 3 设b向下运动离mn的最大距离为s a b及轻杆整体从开始运动到到达最低点过程 由动能定理得2mg h s q2es q1e s l 0得 s 1 3m 答案 1 15m s2 2 0 3s 3 1 3m 2010 山东济宁质检 质量为m 带电荷量为 q的微粒在o点以初速度v0与水平方向成 角射出 如图所示 微粒在运动过程中所受阻力大小恒为f 1 如果在某方向上加上一定大小的匀强电场后 能保证微粒仍沿v0方向做直线运动 试求所加匀强电场的最小值 2 若加上大小一定 方向向左的匀强电场 仍保证微粒沿v0方向做直线运动 并且经过一段时间后微粒又回到o点 求微粒回到o点时的速率 解析 1 对微粒进行受力分析如图所示 要保证微粒仍沿v0方向做直线运动 必须使微粒在垂直v0的y方向所受合力为零 则所加电场方向沿y轴正向时 电场强度e最小 并且qe mgcos 2 当加上水平向左的匀强电场后 微粒受力分析如图所示 仍保证微粒沿v0方向做直线运动 则有 qesin mgcos 设微粒沿v0方向的最大位移为s 由动能定理得 命题规律根据交变电场的变化规律 分析粒子受力和运动情况 确定粒子的运动速度 位移 做功或确定有关量的临界问题 考例3 2010 江苏物理 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2t 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 1 若k 电子在0 2t时间内不能到达极板a 求d应满足的条件 2 若电子在0 200t时间内未碰到极板b 求此运动过程中电子速度v随时间t变化的关系 3 若电子在第n个周期内的位移为零 求k的值 总结评述 本题考查带电粒子在平行板电容器中的运动情况的分析 两极板加上周期性变化的交变电压后 其内部电场也会周期性变化 根据电子在电场中所受电场力情况 结合题目中各限制条件即可得到相应结论 2010 浙江宁波期末 如图 a 所示 两个平行金属板p q竖直放置 两板间加上如图 b 所示的电压 t 0时 q板比p板电势高5v 此时在两板的正中央m点有一个电子 速度为零 电子在电场力作用下运动 使得电子的位置和速度随时间变化 假设电子始终未与两板相碰 在0 t 8 10 10s的时间内 这个电子处于m点的右侧 速度方向向左且大小逐渐减小的时间是 a 0 t 2 10 10sb 2 10 10s t 4 10 10sc 4 10 10s t 6 10 10sd 6 10 10s t 8 10 10s 答案 d 解析 t 0时 q板比p板电势高 电子先向右做匀加速直线运动 其速度 时间图象如图所示 符合题意的是选项d 命题规律带电物体在电场 重力场组成的复合场中 做直线运动 抛体运动 圆周运动等 根据其受力和运动情况 确定物体的运动轨迹 物体运动的速度 位移及做功多少 考例4 如图所示 一根长l 1 5m的光滑绝缘细直杆mn 竖直固定在场强为e 1 0 105n c 与水平方向成 30 角的倾斜向上的匀强电场中 杆的下端m固定一个带电小球a 电荷量q 4 5 10 6c 另一带电小球b穿在杆上可自由滑动 电荷量q 1 0 10 6c 质量m 1 0 10 2kg 现将小球b从杆的上端n由静止释放 小球b开始运动 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 取g 10m s2 1 小球b开始运动时的加速度为多大 2 小球b的速度最大时 距m端的高度h1为多大 3 小球b从n端运动到距m端的高度h2 0 61m时 速