6.3带电粒子在电场中的运动.doc

第三节电容器与电容带电粒子在电场中的运动基础知识梳理一、 静电现象：1.静电感应：把金属导体放在外电场中，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：导体中（包括表面）没有电荷的_的状态。3.静电平衡特点：导体内部场强_。导体为等势体，表面为_导体表面场强方向与导体表面_净电荷分布在_4。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。二、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2电容(1)定义式： C=_(2)单位：法拉(F)，1 F_F1012pF3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(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4.动态分析如下表三、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：vxv0，xv0t.平行于场强方向做初速度为零的_运动：电场中的偏转a= vy=aty= tan=粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的l/2处沿直线射出.先加速后偏转：qU0=mv02 y= tan=.先在电场中偏转出电场后继续偏转：Y=y+vyt= +.=(+L)= (+L)tan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632所示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经典题型探究一、平行板电容器的动态分析例1 (2011阜阳模拟)如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒.S闭合时，该微粒恰好能保持静止.在以下两种情况下：保持S闭合，充电后将S断开.下列说法能实现使该带电微粒向上运动打到上极板的是( )A.情况下，可以通过上移极板M实现B.情况下，可以通过上移极板N实现C.情况下，可以通过上移极板M实现D.情况下，可以通过上移极板N实现变式训练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638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() AU变小，E不变BE变大，W变大CU变小，W不变 DU不变，W不变二、带电粒子在电场中的平衡与直线运动1.带电粒子在电场中运动时重力的处理(1)基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等，除有说明或明确的暗示以外，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.带电粒子在电场中的平衡解题步骤:选取研究对象.进行受力分析，注意电场力的方向特点.由平衡条件列方程求解.3. 带电粒子在电场中的变速直线运动：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.例2如图所示，一个质量为m，带电荷量为+q的粒子在O点以初速度v0跟水平方向成角射出，如果在某方向上加上一定大小的匀强电场后，可使粒子沿初速度方向做直线运动.(1)求所加最小匀强电场的场强的大小及方向；(2)若加上水平向左、大小一定的匀强电场，求当粒子速度为零时距O点的距离.【变式训练】如图所示，板长L=4 cm的平行板电容器，板间距离d=3 cm，板与水平线夹角=37，两板所加电压为U=100 V，有一带负电液滴，带电荷量为q=310-10C，以v0=1 m/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=10 m/s2.求：(1)液滴的质量；(2)液滴飞出时的速度.三、带电粒子在匀强电场中的偏转例3 (2011南通模拟)如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在xOy平面的第一象限，存在以x轴、y轴及双曲线y=L2/4x的一段(0x L，0y L)为边界的匀强电场区域；在第二象限存在以x-L、x-2L、y0、yL的匀强电场区域.两个电场大小均为E，不计电子所受重力，电子的电荷量为e，求：(1)从电场区域的边界B点处由静止释放电子，电子离开MNPQ时的坐标；(2)由电场区域的AB曲线边界由静止释放电子离开MNPQ的最小动能；【变式训练】两块水平金属极板A、B正对放置，每块极板长均为l、极板间距为d.B板接地(电势为零)、A板电势为+U，重力加速度为g.两个比荷(电荷量与质量的比值)均为q/m=gd/U的带正电质点以相同的初速度沿A、B板的中心线相继射入，如图所示.第一个质点射入后恰好落在B板的中点处.接着，第二个质点射入极板间，运动一段时间t后， A板电势突然变为-U并且不再改变，结果第二个质点恰好没有碰到极板.求： (1)带电质点射入时的初速度v0.(2)在A板电势改变之前，第二个质点在板间运动的时间t.当堂达标题（三）1.(2011南阳模拟)如图一个电容器与电池相连，增大电容器两极板间的距离，则下列说法中正确的是( )A.电容器电容增大B.电容器极板电量增加C.在增大极板间距离过程中，电路中电流方向如题图所示D.原来静止在电容器极板间的电荷将向上加速运动2.如图所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动，指出下列对电子运动的描述中错误的是(设电源电动势为U)( )A.电子到达B板时的动能是U(eV)B.电子从B板到达C板动能变化量为零C.电子到达D板时动能是3U(eV)D.电子在A板和D板之间做往复运动3.( 2011湖雷模拟)三个分别带有正电、负电和不带电的质量相同的颗粒，从水平放置的平行带电金属板左侧以相同速度v0垂直电场线方向射入匀强电场，分别落在带正电荷的下板上的a、b、c三点，如图所示，下面判断正确的是( )A.落在a点的颗粒带正电，c点的带负电，b点的不带电B.落在a、b、c点的颗粒在电场中的加速度的关系是aaabacC.三个颗粒在电场中运动的时间关系是tatbtcD.电场力对落在c点的颗粒做负功4.(2010北京高考)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).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5.(2011武汉模拟)如图所示，矩形区域ABCD内存在竖直向下的匀强电场，两个带正电的粒子a和b以相同的水平速度射入电场，粒子a由顶点A射入，从BC的中点P射出，粒子b由AB的中点O射入，从顶点C射出.若不计重力，则a和b的比荷(即粒子的电荷量与质量之比)是( )A.12 B.21 C.18 D.816.(2011厦门模拟)如图所示，A板发出的电子经加速后，水平射入水平放置的两平行金属板间，金属板间所加的电压为U，电子最终打在光屏P上，关于电子的运动，则下列说法中正确的是( )A.滑动触头向右移动时，其他不变，则电子打在荧光屏上的位置上升B.滑动触头向左移动时，其他不变，则电子打在荧光屏上的位置上升C.电压U增大时，其他不变，则电子打在荧光屏上的速度大小不变D.电压U增大时，其他不变，则电子从发出到打在荧光屏上的时间不变7.(2011盐城模拟)如图所示，空间有竖直向下的匀强电场，电场强度为E，在电场中P处由静止下落一质量为m、带电量为+q的小球(可视为质点).在P的正下方h处有一水平弹性绝缘挡板S (挡板不影响电场的分布)，小球每次与挡板相碰后电量减小到碰前的k倍(k1)，而碰撞过程中小球的机械能不损失，即碰撞前后小球的速度大小不变，方向相反.设在匀强电场中，挡板S处的电势为零，则下列说法正确的是( )A.小球在初始位置P处的电势能为EqhB.小球第一次与挡板相碰后所能达到的最大高度大于hC.小球第一次与挡板相碰后所能达到最大高度时的电势能小于EqhD.小球第一次与挡板相碰后所能达到的最大高度小于h8.(2011长沙模拟)如图所示，某空间有一竖直向下的匀强电场，电场强度E=1.0102 V/m，一块足够大的接地金属板水平放置在匀强电场中，在金属板的正上方高度h=0.80 m的a处有一粒子源，盒内粒子以v0=2.0102 m/s的初速度向水平面以下的各个方向均匀放出质量为m=2.010-15 kg，电荷量为q=+10-12C的带电粒子，粒子最终落在金属板b上.若不计粒子重力，求：(结果保留两位有效数字) (1)粒子源所在处a点的电势；(2)带电粒子打在金属板上时的动能；(3)从粒子源射出的粒子打在金属板上的范围(所形成的面积)；若使带电粒子打在金属板上的范围减小，可以通过改变哪些物理量来实现?9.(2011广州模拟)如图所示，在真空中水平放置一对平行金属板，板间距离为d，板长为l，加电压U后，板间产生一匀强电场，一质子(质量为m，电量为q)以初速度v0垂直电场方向射入匀强电场，(1)求质子射出电场时的速度.(2)求质子射出电场时的偏转距离.单元检测题（三）一、选择题(本题共10小题，每题7分，至少一个答案正确，选不全得4分，共70分)1.(2011扬州模拟)下列关于实验中使用静电计的说法中正确的有( )A.使用静电计的目的是观察电容器电压的变化情况B.使用静电计的目的是测量电容器电量的变化情况C.静电计可以用电压表替代D.静电计可以用电流表替代2.(2011会昌模拟)水平放置的平行板电容器与一电池相连.在电容器的两板间有一带正电的质点处于静止状态.现将电容器两板间的距离增大，则 ( )A.电容变大，质点向上运动 B.电容变大，质点向下运动C.电容变小，质点保持静止 D.电容变小，质点向下运动3.如图所示，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、两板间电势差U，电容器两极板间场强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4.使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开.下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是( )5.虚线框内存在着匀强电场(方向未知)，有一正电荷(重力不计)从bc边上的M点以速度v0射进电场内，最后从cd边上的Q点射出电场，下列说法正确的是( )A.电场力一定对电荷做了正功 B.电场方向可能垂直ab边向右C.电荷运动的轨迹可能是一段圆弧 D.电荷的运动一定是匀变速运动6.(2010泰州模拟)如图所示，水平放置的平行板电容器与一直流电源相连，在两板中央有一带电液滴处于静止状态.现通过瞬间平移和缓慢平移两种方法将A板移到图中虚线位置.下列关于带电液滴运动的说法中正确的是( )A.上述两种方法中，液滴都向B板做匀加速直线运动B.采用瞬间平移的方法，液滴运动到B板经历的时间短C.采用缓慢平移的方法，液滴运动到B板时速度大D.采用缓慢平移的方法，液滴运动到B板过程中电场力做功多7.(2011焦作模拟)如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地.一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态.现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离( )A.带电油滴将沿竖直方向向上运动 B.P点的电势将降低C.带电油滴的电势能将减少D.若电容器的电容减小，则极板带电量将增大8.如图所示，在绝缘光滑水平面上固定两个等量同种电荷A、B，在AB连线上的P点由静止释放一带电滑块，则滑块会在A、B之间往复运动，则以下判断正确的是( )A.滑块一定带的是与A、B异种的电荷B.滑块一定带的是与A、B同种的电荷C.滑块在P由A向B运动过程中，电势能一定是先减小后增大D.滑块的动能与电势能之和一定减小9.一个质量为m、电荷量为+q的小球以初速度v0水平抛出，在小球经过的竖直平面内，存在着若干个如图所示的无电场区和有理想上下边界的匀强电场区，两区域相互间隔、竖直高度相等，电场区水平方向无限长，已知每一电场区的场强大小相等、方向均竖直向上，不计空气阻力，下列说法正确的是( )A.小球在水平方向一直做匀速直线运动B.若场强大小等于mg/q，则小球经过每一电场区的时间均相同C.若场强大小等于2mg/q，则小球经过每一无电场区的时间均相同D.无论场强大小如何，小球通过所有无电场