天之骄子高考物理一轮总复习第6章静电场第3节电容器与电容、带电粒子在电场中的运动课件新人教版.ppt

2017高三一轮总复习 物理 选修3 1 第六章静电场 第三节电容器与电容带电粒子在电场中的运动 栏目导航 基础知识整合 热门考点研析 方法技巧归纳 考题随堂演练 物理模型构建 基础知识整合 如图为一真空示波管的示意图 电子从灯丝K发出 初速度可忽略不计 经灯丝与A板间的电压U1加速 从A板中心孔沿中心线KO射出 然后进入两块平行金属板M N形成的偏转电场中 偏转电场可视为匀强电场 电子进入M N间电场时的速度与电场方向垂直 电子经过电场后打在荧光屏上的P点 已知M N两板间的电压为 U2 两板间的距离为d 板长为L 电子的质量为m 电荷量为e 不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力 求 1 电子穿过A板时速度的大小v0 2 电子在偏转电场经历的总时间为多久 3 求电子从偏转电场射出时的侧移量y 4 若要使电子打在荧光屏上P点的上方 加速电压U1和M N两板间的电压为U2将如何改变 不用说明理由 思路引导 1 电子在示波管中做何种运动 对于电场中的偏转问题 解题的思路是什么 2 电子在偏转电场中运动的时间由哪些因素决定 解析 本题属于教材中关于示波管的知识 考查了带电粒子在电场中的加速 偏转 匀速运动规律 电容器 电容1 充 放电过程 1 充电 把电容器接在电源上后 电容器两个极板分别带上等量的 电荷的过程 充电过程中电流流向电容器的 板 2 放电 用导线将充电后的电容器的两极板接通 两极板上的电荷 的过程 放电过程中电流从电容器的 板流出 知识点1 异号 正极 中和 正极 2 电容 1 定义 电容器所带的 与两极板间 的比值 2 公式 C 3 物理意义 电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量 电容C由电容器本身的构造因素决定 与U Q无关 4 单位 1法拉 F 微法 F 皮法 pF 3 平行板电容器 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 电量 电势差 1 106 1 1012 正比 正比 反比 带电粒子在电场中的运动1 直线运动 1 运动状态 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场 受到的电场力与运动方向在同一条直线上 做 运动 2 处理方法 知识点2 匀变速直线 2 偏转运动 1 运动状态 带电粒子受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做 运动 2 处理方法动力学方法 利用运动的合成与分解思路处理 对比平抛运动规律分析 能量方法 确定沿电场方向的位移y 利用动能定理列式 类平抛 3 规律分析 沿电场方向 垂直于电场方向 偏转位移 偏转角 l v0t 特别提醒处理带电粒子在电场中运动问题时注意重力是否忽略 基本粒子如 电子 质子等 除有特别说明外 一般不考虑重力 带电微粒如 带电油滴 带电液滴 小球等 除有特别说明外 一般不能忽略重力 任何情况下 不可忽略质量 热门考点研析 1 平行板电容器动态分析的两种情况电容器和电源相连 电容器两板间的电势差保持不变 电容器充电后断开电源 电容器所带电荷量保持不变 2 平行板电容器动态变化的分析思路 1 明确平行板电容器的变量和不变量 电容器的动态分析 考点1 2015年新课标卷 如图 两平行的带电金属板水平放置 若在两板中间a点从静止释放一带电微粒 微粒恰好保持静止状态 现将两板绕过a点的轴 垂直于纸面 逆时针旋转45 再由a点从静止释放一同样的微粒 该微粒将 例1 A 保持静止状态B 向左上方做匀加速运动C 向正下方做匀加速运动D 向左下方做匀加速运动 思路引导 1 微粒恰好保持静止状态的含义是什么 2 将两板绕过a点的轴 垂直于纸面 逆时针旋转45 平行板内部的场强变化了吗 答案 D 总结提升 动态分析的注意点 A 细线的拉力逐渐增大B 细线的拉力大小不变 针对训练1 解析 分析小球的受力情况 受重力 电场力和细线拉力作用 如图所示 答案 D 带电粒子在匀强电场中的直线运动 考点2 如图所示 A B为水平放置平行正对金属板 在板中央分别有一小孔M N D为理想二极管 R为滑动变阻器 闭合开关S 待电路稳定后 将一带负电荷的带电小球从M N的正上方的P点由静止释放 小球恰好能运动至小孔N处 下列说法正确的是 A 若仅将A板上移 带电小球仍将恰好运动至小孔N处B 若仅将B板上移 带电小球将从小孔N穿出 例2 C 若仅将滑动变阻器的滑片上移 带电小球将无法运动至N处D 断开开关S 从P处将小球由静止释放 带电小球将从小孔N穿出 思路引导 1 理想二极管的作用是什么 2 带电小球在运动过程中受到哪些力作用 恰好到达N处 满足什么条件 后 电容C增大 电容器充电 电压恒定 电场强度增大 由上述分析可知 未达到小孔N时 速度已经减为零返回 B选项错误 将滑动变阻器的滑片上移 电容器两端电压变大 假设可以到达小孔N 此时重力做功小于电场力做功 故未达到小孔N时 速度已经减为零返回了 C选项正确 断开开关S 由于二极管的存在 电容器不能放电 电荷量不变 电压不变 场强不变 故小球恰好能运动至小孔N处 D选项错误 答案 C 总结提升 带电粒子在电场中的直线运动问题的注意点1 分析带电粒子运动的过程包含几个阶段 必要时分段处理 2 对带电粒子在不同运动阶段进行正确的受力分析 求解加速度 3 找出各个阶段的内在联系 速度关系 位移关系 能量关系等 4 画出带电粒子运动的速度 时间图象辅助分析 2015年四川高考 如图所示 粗糙 绝缘的直轨道OB固定在水平桌面上 B端与桌面边缘对齐 A是轨道上一点 过A点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小E 1 5 106N C 方向水平向右的匀强电场 带负电的小物体P电荷量是2 0 10 6C 质量m 0 25kg 与轨道间动摩擦因数 0 4 P从O点由静止开始向右运动 经过0 55s到达A点 到达B点时速度是5m s 到达空间D点时的速度与竖直方向的夹角为 且tan 1 2 P在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力F作用 F大小与P的速率v的关系如表所示 P视为质点 电荷量保持不变 忽略空气阻力 取g 10m s2 求 针对训练2 1 小物体P从开始运动至速率为2m s所用的时间 2 小物体P从A运动至D的过程 电场力做的功 解析 1 小物体P的速率从0至2m s 受外力F1 2N 设其做匀变速直线运动的加速度为a1 经过时间 t1速度为v1 则F1 mg ma1 v1 a1 t 由联立两式代入数据得 t1 0 5s 2 小物体P从2m s运动至A点 受外力F2 6N 设其做匀变速直线运动的加速度为a2 则F2 mg ma2 设小物体P从速度v1经过 t2时间 在A点的速度为v2 则 t2 0 55s t1 v2 v1 a2 t2 P以速度v3滑出轨道右端B点 设水平方向外力为F3 电场力大小为FE 有FE F3 F3与FE大小相等方向相反 P水平方向所受合力为零 所以P从B点开始做初速度为v3的平抛运动 设小物体P从A点至D点电场力做功为W 则W qE x1 x2 联立各式并代入数据得W 9 25J 答案 1 0 5s 2 9 25J 粒子在匀强电场中偏转时的两个结论1 如图所示 带电粒子在匀强电场中的偏转 考点3 结论 无论带电粒子的m q如何 只要经过同一加速电场加速 再垂直进入同一偏转电场 它们飞出的偏移量y和偏转角 都是相同的 也就是运动轨迹完全重合 多选 2015年天津高考 如图所示 氕核 氘核 氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场E1 之后进入电场线竖直向下的匀强电场E2发生偏转 最后打在屏上 整个装置处于真空中 不计粒子重力及其相互作用 那么 A 偏转电场E2对三种粒子做功一样多B 三种粒子打到屏上时的速度一样大C 三种粒子运动到屏上所用时间相同D 三种粒子一定打到屏上的同一位置 思路引导 1 确定粒子在加速电场 偏转电场中做何种运动 应用相应的规律求解 2 如何表示三种粒子在电场内做的功 三种粒子的轨迹是否相同 例3 答案 AD 总结提升 带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系 2015年新课标卷 如图 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子在匀强电场中运动 A B为其运动轨迹上的两点 已知该粒子在A点的速度大小为v0 方向与电场方向的夹角为60 它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30 不计重力 求A B两点间的电势差 针对训练3 方法技巧归纳 带电粒子在交变电场中的运动1 带电粒子在交变电场中的运动特点 1 交变电场指的是周期性变化的电场 即电场强度或是板间电压随时间周期性变化 2 带电粒子的受力周期性变化 加速度周期性变化 3 带电粒子的运动情况周期性变化 粒子进入电场的时刻不同 导致运动情况不变 可能做往复运动 也可能做单一方向的直线运动 还可能做曲线运动 2 解决问题的思路 1 根据题意 分析交变电场的变化情况 确定带电粒子进入电场的时刻 2 分析带电粒子的受力情况 力与速度存在夹角 则粒子做曲线运动 力与速度平行 则粒子做直线运动 3 确定带电粒子的运动情况 分析电场的一个变化周期内粒子运动的规律 直线运动一般涉及到加速和减速相交替的运动 曲线运动一般涉及到偏转运动 注意运动轨迹的对称性 4 进行归纳 推理 确定粒子运动的全过程 利用相关知识 寻找解题的突破口 3 利用速度图象解题的技巧带电粒子在交变电场中的运动比较繁琐 利用粒子运动的速度图象分析 比较直观 简洁 1 首先确定交变电场的变化规律 平行板加交变电压 板间产生交变电场 2 确定粒子进入电场的时刻 分析粒子的受力情况 做出加速度随时间变化的图象 3 根据运动学知识 确定速度随时间的变化规律 速度图象的斜率表示加速度 加速度恒定不变的时间段 速度随时间线性变化 4 分析速度 时间图象 图象与坐标轴围成的面积表示位移 确定粒子运动情况 例4 A 所有电子都从右侧的同一点离开电场B 所有电子离开电场时速度都是v0C t 0时刻进入电场的电子 离开电场时动能最大 思路引导 1 电子在偏转电场中 垂直于电场方向做什么运动 平行于电场方向做什么运动 答案 BD 针对训练4 答案 BC 物理模型构建 用等效思想解决带电粒子在复合场中的运动模型带电粒子在重力场和电场组成的复合场中的圆周运动问题是典型的物理模型 会涉及到利用等效的思维求解粒子运动过程中的最低点和最高点问题 1 等效重力 和 等效重力加速度 1 求出重力和电场力的合力F合 这个合力视为 等效重力 mg 3 将物体在重力场内做圆周运动的规律应用到等效重力场中分析求解 2 物理最低点重力和电场力组成的复合场中物理最低点不一定是几何最低点 重力和电场力的合力沿圆弧半径向外的位置即物理最低点 1 物理最低点时 带电粒子运动的速度最大 3 物理最高点和物理最低点关于圆心对称的点即物理最高点 重力和电场力的合力沿圆弧半径向内的位置即物理最高点 带电粒子能否通过最高点 如图所示 例5 1 小球到达B点时速度的大小 2 小球到达B点时对圆弧轨道的压力 3 小球在圆弧轨道运动过程中速度最大为多少 思路引导 1 小球在轨道中受到哪些力作用 何处是 等效最低点 2 小球在圆弧轨道运动的何处速度最大 如何求解 一个带正电的微粒 从A点射入水平方向的匀强电场中 微粒沿直线AB运动 如图所示 AB与电场线夹角 30 已知带电微粒的质量m 1 0 10 7kg 电量q 1 0 10 10C A B相距L 20cm 取g 10m s2 结果保留2位有效数字 求 针对训练5 1 试说明微粒在电场中运动的性质 要求说明理由 2 电场强度大小 方向 3 要使微粒从A点运动到B点 微粒射入电场时的最小速度是多少 解析 1 微粒受到重力和电场力作用 沿直线AB运动 合力一定与速度共线 如图所示 微粒做匀减速直线运动 答案 1 匀减速直线运动 2 1 7 104N C 水平向左 3 2 8m s 考题随堂演练 1 多选 示波管是示波器的核心部件 它由电子枪 偏转电极和荧光屏组成 如图所示 如果在荧光屏上某点出现亮斑 那么示波管中的 A 极板X应带正电B 极板X 应带正电C 极板Y应带正电D 极板Y 应带正电解析 分析荧光屏上亮斑的位置可知 电子经过偏转电场后 向X板和Y板偏转 说明极板X带正电 极板Y带正电 A C选项正确 答案 AC 2 一质量为m 带电量为q的带电微粒以初速度v0竖直向上从A点射入真空中水平向右的匀强电场内 粒子到达B点时的速度大小vB v0 方向与电场强度方向成30 角 如图所示 则该电场的电场强度E大小为 答案 C 3 2016届绵阳模拟 静电计是在验电器基础上制成 用其指针张角的大小来定性显示其金属球与外壳之间电势差大小 如图 A B是平行板电容器的两个金属板 A板固定 手握B板的绝缘柄 G为静电计 开始时开关S闭合 静电计G指针张开一定角度 则 A 保持S闭合 只将A B两板靠近些 G指针张角变小B 保持S闭合 只将变阻器滑动触头向左移动 G指针张角变大C 断开S后 只将A B两板分开些 G指针张角变小D 断开S后 只在A B两板间插入电介质 G指针张角变小答案 D 4 2016届河北模拟 如图所示 竖直放置的平行金属板内部有匀强电场 两个带电微粒a b从两板下端连线的中点向上射入板间 沿不同的轨迹运动 最后都垂直打在金属板上 则可知 A 微粒a的入射速度较大B 微粒a打到金属板上的速度较大C 微粒a b带异种电荷 电荷量大小一定相等D 微粒a b的质量一定不相等 解析 微粒a b进入电场后受重力和电场力作用 竖直方向上做竖直上抛运动 水平方向上做匀加速直线运动 微粒最后都垂直打在金属板上 说明两个微粒到达极板时 竖直方向的分速度等于0 分析竖直方向上 根据竖直上