【优化方案】高考物理总复习 第六章第三节 电容器与电容　带电粒子在电场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

第三节电容器与电容带电粒子在电场中的运动 一 静电现象1 静电平衡 1 概念 导体中 包括表面 没有电荷的 的状态 定向移动 处处为零 等势面 垂直 导体表面 2 静电现象的应用 1 静电屏蔽 处于静电平衡的空腔导体 腔外电场对腔内空间不产生影响 2 尖端放电 所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子 由于被吸引而奔向尖端 与尖端上的电荷 的现象 中和 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 绝缘 靠近 绝对值 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 异种电荷 电场能 电场能 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 与两极板间 成反比 正对面积 介电常数 距离 电压 电荷量 三 带电粒子在电场中的运动 任何电场 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 vx v0 x v0t 匀速直线 匀加速直线 四 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6 3 2所示 图6 3 2 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 一 电容器的动态问题分析方法1 先确定是q还是u不变 电容器保持与电源连接 u不变 电容器充电后断开电源 q不变 4 动态分析如下表 即时应用 其他条件不变 这时两极板间电势差为u2 板间场强为e2 下列说法正确的是 a u2 u1 e2 e1b u2 2u1 e2 4e1c u2 u1 e2 2e1d u2 2u1 e2 2e1 二 带电粒子在电场中偏转的几个重要推论 2 作粒子速度的反向延长线 与初速度方向交于o点 o点与电场边缘的距离为x 如图6 3 3所示 则图6 3 3 即时应用2 如图6 3 4所示 静止的电子在加速电压为u1的电场作用下从o经p板的小孔射出 又垂直进入平行金属板间的电场 在偏转电压为u2的电场作用下偏转一段距离 现使u1加倍 要想使电子的运动轨迹不发生变化 应该 图6 3 4 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 带电粒子在重力场和匀强电场中的运动 1 由于带电粒子在匀强电场中所受电场力和重力都是恒力 不受约束的粒子做的都是匀变速运动 因此可以采取正交分解法处理 即时应用3 如图6 3 5所示 水平放置的平行金属板间有匀强电场 一根长为l的绝缘细绳一端固定在o点 另一端系有质量为m并带有一定电荷的小球 小球原来静止在c点 当给小球一个水平速度后 它能在竖直面内绕o点 做匀速圆周运动 若将两板间的电压增大为原来的3倍 求 要使小球从c点开始在竖直面内绕o点做圆周运动 至少要给小球多大的水平速度 在这种情况下 在小球运动过程中细绳所受的最大拉力是多大 图6 3 5 解析 设原来的电场强度为e 小球带电量q 由题意可知 qe mg 两者方向相反 当板间电压变为原来的3倍时 场强变为原来的3倍 则电场力与重力的合力f合 3qe mg 2mg 方向向上 即等效重力的大小为2mg c点为等效最高点 要使小球恰好能在竖直平面内做圆周运动 必须有 f向 2mg mv2 l 平行板电容器的两极板a b接于电池两极 一带正电小球悬挂在电容器内部 闭合开关k 电容器充电 这时悬线偏离竖直方向的夹角为 如图6 3 6所示 则 图6 3 6 a 保持开关k闭合 带正电的a板向b板靠近 则 角增大b 保持开关k闭合 带正电的a板向b板靠近 则 角不变c 开关k断开 带正电的a板向b板靠近 则 角增大d 开关k断开 带正电的a板向b板靠近 则 角不变 答案 ad 变式训练1如图6 3 7所示 平行板电容器与直流电源连接 下极板接地 一带电油滴位于电容器中的p点且处于静止状态 现将上极板竖直向上移动一小段距离 则 图6 3 7 a 带电油滴将沿竖直方向向上运动b p点电势将降低c 电容器的电容减小 极板带电荷量减小d 带电油滴的电势能保持不变 解析 选bc 因为电容器与电源连接 两极板间的电势差不变 将上极板竖直向上移动一小段距离 两极板间距离增大 电容器电容将减小 由q cu u ed可知极板带电荷量减小 电场强度减小 带电油滴受到的电场力减小 带电油滴将沿竖直方向 向下运动 此时电场力做负功 电势能增大 选项a d错误 c正确 下极板接地 电势始终为0 p点到下极板距离恒定 所以p点与下极板电势差降低 p点电势将降低 选项b正确 2011 高考福建卷 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6 3 8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 0 103n c和e2 4 0 103n c 方向如图所示 带电微粒质量m 1 0 10 20kg 带电量q 1 0 10 9c a点距虚线mn的距离d1 1 0cm 不计带电微粒的重力 忽略相对论效应 求 1 b点距虚线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 图6 3 8 又t t1 t2 由 式解得t 1 5 10 8s 答案 1 0 50cm 2 1 5 10 8s 方法总结 解决带电粒子在匀强电场中的直线运动问题 既可以用牛顿运动定律 也可以用能量观点 对于涉及时间的 常用牛顿运动定律解决 图6 3 9 解析 选b 设粒子的速度方向 位移方向向右为正 依题意得 粒子的速度方向时而为正 时而为负 最终打在a板上时位移为负 速度方向为负 内的总位移小于零 当t0 t时情况类似 因粒子最终打在a板上 则要求粒子在每个周期内的总位移应小于零 对照各选项可知只有b正确 满分样板15分 如图6 3 10所示 真空室中速度v0 1 6 107m s的电子束 连续地沿两水平金属板中心线oo 射入 已知极板长l 4cm 板间距离d 1cm 板右端距离荧光屏pq为l 18cm 电子电荷量q 1 6 10 19c 质量m 0 91 10 30 图6 3 10 思路点拨 由于电子经过板间的时间极短 远小于交变电压的周期 因此 在电子经过板间的过程中 可认为板间电压不变 电子在板间的运动可认为是类平抛运动 但不同电压值对应电子不同的偏移量 沿金属板边缘射出的电子对应屏上线段的最上端和最下端 解题样板 图6 3 11 变式训练3如图6 3 12所示 矩形区域abcd内存在竖