高考核动力高考物理一轮复习 6.3电容器 带电粒子在电场中的运动课件.ppt

第3单元电容器带电粒子在电场中的运动 填一填 1 电容器 1 组成 两个彼此绝缘且又相距很近的导体 2 带电荷量 一个极板所带电荷量的绝对值 3 充 放电 2 电容 1 定义 电容器所带的电荷量q与电容器两极板间的电势差u的比值 2 意义 表示电容器的物理量 3 定义式 c 4 单位 1法拉 f 微法 f 皮法 pf 3 平行板电容器的电容 1 决定因素 平行板电容器的电容c跟板间电介质的相对介电常数 r成 跟正对面积s成 跟极板间的距离d成 2 决定式 c 3 熟记两点 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 1 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中加速 若不计粒子的重力 则静电力对带电粒子做的功等于带电粒子的增量 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 平行于场强方向做初速度为零的运动 1 示波管装置示波管由 和组成 管内抽成真空 如下图所示 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 同时在偏转电极yy 上加所要研究的信号电压 电子束随信号电压的变化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 在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线 练一练 1 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正确 答案 bc 2 一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积 间距和电荷量不变 在两极板间插入一电介质 其电容c和两极板间的电势差u的变化情况是 a c和u均增大b c增大 u减小c c减小 u增大d c和u均减小 答案 b 3 2015 宣城月考 如图所示 质子 h 和 粒子 he 以相同的初动能垂直射入偏转电场 粒子不计重力 则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为 a 1 1b 1 2c 2 1d 1 4 答案 b 4 如图所示 有一质量为m 带电荷量为q的油滴 被置于竖直放置的两平行金属板间的匀强电场中 设油滴是从两板中间位置 由静止释放 则可以判定 a 油滴在电场中做抛物线运动b 油滴在电场中做匀加速直线运动c 油滴打在极板上的运动时间只取决于电场强度和两板间距离d 油滴打在极板上的运动时间不仅取决于电场强度和两板间距离 还取决于油滴的比荷 答案 bd 考点一平行板电容器的动态问题分析 考点梳理 1 运用电容器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 电容器两类动态变化的分析比较 1 第一类动态变化 两极板间电压u恒定不变 2 第二类动态变化 电容器所带电荷量q恒定不变 温馨提示 在分析平行板电容器的动态变化时必须抓住两个关键点 1 确定不变量 2 恰当选择公式 典例应用 2014 天津理综 2 如图所示 电路中r1 r2均为可变电阻 电源内阻不能忽略 平行板电容器c的极板水平放置 闭合电键s 电路达到稳定时 带电油滴悬浮在两板之间静止不动 如果仅改变下列某一个条件 油滴仍能静止不动的是 a 增大r1的阻值b 增大r2的阻值c 增大两板间的距离d 断开电键s 答案 b 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 如图所示 小球静止时与竖直方向的夹角为 则 a 若将b极板向右平移少许 电容器的电容将减小b 若将b极板向下平移少许 a b两板间电势差将增大c 若将b极板向下平移少许 夹角 将变大d 轻轻将细线剪断 小球将做斜抛运动 答案 abc 考点二带电粒子在电场中的直线运动 考点梳理 1 带电粒子在电场中运动时重力的处理 2 带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法 典例应用 1 b点到虚线mn的距离d2 规范解答 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 2分 解得d2 d1 0 50cm 2分 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 2分 答案 1 0 50cm 2 1 5 10 8s 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 sin37 0 6 cos37 0 8 求 解析 1 小物块静止在斜面上 受重力 电场力和斜面支持力 受力图如图所示 则有fnsin37 qe fncos37 mg 考点三带电粒子在电场中的偏转 考点梳理 典例应用 示波器的示意图如图所示 金属丝发射出来的电子被加速后从金属板上的小孔穿出 进入偏转电场 电子在穿出偏转电场后沿直线前进 最后打在荧光屏上 设加速电压u1 1640v 偏转极板长l 4cm 偏转极板间距d 1cm 当电子加速后从两偏转极板的中央沿板平行方向进入偏转电场 1 偏转电压为多大时 电子束打在荧光屏上偏转距离最大 2 如果偏转极板右端到荧光屏的距离l 20cm 则电子束打在荧光屏上最大偏转距离为多大 答案 1 205v 2 0 055m 总结提升 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光p 如图所示 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 如图是说明示波器工作原理的示意图 已知两平行板间的距离为d 板长为l 电子经电压为u1的电场加速后从两平行板间的中央处垂直进入偏转电场 设电子质量为me 电荷量为e 1 求经电场加速后电子速度v的大小 2 要使电子离开偏转电场时的偏转角度最大 两平行板间的电压u2应是多少 3 电子离开偏转电场偏转角度最大时 电子的动能多大 带电粒子在交变电场中的运动问题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 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 如图甲所示 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 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 总结提升 带电粒子沿电场方向进入方波交变电场问题的分析方法带电粒子沿电场方向进入方波交变电场 由于不同时段受力情况不同 运动情况也就不同 若按常规的分析方法 一般都较繁琐 较好的分析方法就是利用带电粒子的速度 时间图像来分析 在画图像时 要注意以下几点 1 带电粒子进入电场的时刻 2 速度 时间图像的斜率表示加速度 因此加速度相同的运动阶段的速度图线一定是平行的直线 3 速度图线与时间轴围成的面积表示位移 且在时间轴上方所围成的面积表示正位移 在时间轴下方所围成的面积表示负位移 4 对称和周期性变化关系的应用 5 图线与横轴有交点 表示此时速度反向 对运动情况很复杂 不容易画出速度 时间图像的问题 还应逐段分析求解 如图甲所示 a和b是真空中正对面积很大的平行金属板 o是一个可以连续产生粒子的粒子源 o到a b的距离都是l 现在a b之间加上电压 电压uab随时间变化的规律如图乙所示 已知粒子源在交变电压的一个周期内可以均匀产生300个粒子 粒子质量为m 电荷量为 q 这种粒子产生后 在电场力作用下从静止开始运动 设粒子一旦碰到金属板 它就附在金属板上不再运动 且电荷量同时消失 不影响a b板电势 不计粒子的重力 不考虑粒子之间的相互作用力 已知上述物理量l 0 6m u0 1 2 103v t 1 2 10 2s m 5 10 10kg q 1 0 10 7c 如图甲所示 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 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 模拟题组 1 2015 海口高三调研 一平行板电容器充电后与电源断开 负极板接地 两板间有一个正试探电荷固定在p点 如右图所示 以c表示电容器的电容 e表示两板间的场强 表示p点的电势 w表示正电荷在p点的电势能 若正极板保持不动 将负极板缓慢向右平移一小段距离l0的过程中 各物理量与负极板移动距离x的关系图像中正确的是 答案 c 2 2015 南京高三月考 如右图所示 质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中o点静止释放后 分别抵达b c两点 若ab bc 则它们带电荷量之比q1 q2等于 答案 b 高考题组 3 2014 天津理综 4 如图所示 平行金属板a b水平正对放置 分别带等量异号电荷 一带电微粒水平射入板间 在重力和电场力共同作用下运动 轨迹如图中虚线所示 那么 a 若微粒带正电荷 则a板一定带正电荷b 微粒从m点运动到n点电势能一定增加c 微粒从m点运动到n点动能一定增加d 微粒从m点运动到n点机械能一定增加 解析 本题只能确定重力向下 合外力向下 无法确定电场力方向 也无法确定电场力做功的正负及电势能的变化情况 故a b错误 由合外力一定向下 可知m n的过程中合外力做正功 动能增加 c正确 除重力以外其他力做功影响物体的机械能 本题除重力以外带电微粒只受电场力 由于无法判断电场力做功的正负 也无法判断机械能是增加还是减少 d错误 答案 c 4 2014 山东卷 18 如图 场强大小为e 方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd 水平边ab长为s 竖直边ad长为h 质量均为m 带电量分别为 q和 q的两粒子 由a c两点先后沿ab和cd方向以速率v0进入矩形区 两粒子不同时出现在电场中 不计重力 若两粒子轨迹恰好相切 则v0等于 答案 b 新题快递 5 物理学家密立根在1907 1913年间经多次实验 比较准确地测定了电子的电荷量 其实验示意图如图所示 通过显微镜观察在电场中悬浮的油滴 可计算其带电荷量 则 a 图中能刚好悬浮的油滴带的是正电荷b 可