人教版高中物理选修3-1第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动.ppt

第3讲电容器带电粒子在电场中的运动 解析一个疑难 抓住三个考点 备选视频展台 突破三个考向 随堂基础演练 1 常见电容器电容器的电压 电荷量和电容的关系2 带电粒子在匀强电场中的运动3 示波管状元微博 1 平行板电容器的动态分析2 带电体在电场中做直线运动问题的分析3 带电粒子在匀强电场中的偏转问题 疑难突破4带电粒子在交变电场中的运动问题1 考情分析 试题类型2 突破策略3 典例 预测 第六章静电场备选多媒体展台1 静电感应实验2 静电感应问题讨论3 探究影响电荷间相互作用力的因素4 库仑力的叠加5 通过实例比较静电力和万有引力6 电场力做功与电势能变化的关系7 电势能概念的建立8 在匀强电场中移动试探电荷电场力做的功9 根据在电场中移动电荷电场力做功判定电势差10 根据电势差判断在电场中移动电荷电场力做功11 电容器的充电和放电12 电容器电容概念的建立13 研究影响平行板电容器电容的因素 01抓住三个考点 思维驱动 下列关于电容器和电容的说法中 错误的是 a 电容器a的体积比b大 说明a的电容一定比b的大b 对于确定的电容器 其带的电荷与两板间的电压 小于击穿电压且不为零 成正比c 无论电容器的电压如何变化 小于击穿电压且不为零 它所带的电荷与电压比值恒定不变d 电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量 其大小与加在两板上的电压无关 解析电容器的电容与电容器的体积 电容器所带的电荷量 电容器两极板间的电压均无关 答案a 解析 显隐 01抓住三个考点 知识存盘 1 常见电容器 1 组成 由两个彼此 又相互 的导体组成 2 带电荷量 一个极板所带电荷量的 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 放电过程中电场能转化为其他形式的能 2 电容 1 定义 电容器所带的 与电容器两极板间的电势差u的比值 思考 电容器的电容 电容器带电荷量的变化量以及对应两极板电压的变化量的关系c q u 靠近 绝缘 绝对值 异种电荷 电场能 电荷量q 01抓住三个考点 2 定义式 c q u 3 物理意义 表示电容器 本领大小的物理量 4 单位 法拉 f 1f f 1012pf 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 成反比 2 决定式 k为静电力常量 容纳电荷 106 正对面积 介电常数 两板间的距离 思维驱动 01抓住三个考点 2013 佛山三模 如图示在等势面沿竖直方向的匀强电场中 一带负电的微粒以一定初速度射入电场 并沿直线ab运动 由此可知 a 电场中a点的电势高于b点的电势b 微粒在a点时的动能大于在b点时的动能 在a点时的电势能小于在b点时的电势能c 微粒在a点时的动能小于在b点时的动能 在a点时的电势能大于在b点时的电势能d 微粒在a点时的动能与电势能之和等于在b点时的动能与电势能之和 转解析 mg f电 01抓住三个考点 解析一带负电的微粒以一定初速度射入电场 并沿直线ab运动 其受到的电场力f只能垂直等势面水平向左 则电场方向水平向右 如图所示 所以电场中a点的电势高于b点的电势 a对 微粒从a向b运动 则合外力做负功 动能减小 电场力做负功 电势能增加 c错 b对 微粒的动能 重力势能 电势能三种能量的总和保持不变 所以d错 答案ab 转例题 v0 01抓住三个考点 知识存盘 加 减 速 01抓住三个考点 知识存盘 合成与分解 匀速直线 匀加速直线 01抓住三个考点 思维驱动 如图所示 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 如果在荧光屏上p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 01抓住三个考点 知识存盘 1 构造 1 2 3 2 工作原理 如图所示 1 如果在偏转电极xx 和yy 之间都没有加电压 则电子枪射出的电子沿直线运动 打在荧光屏 在那里产生一个亮斑 2 yy 上加的是待显示的 xx 上是机器自身产生的锯齿形电压 叫做扫描电压 若所加扫描电压和信号电压的周期相同 就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的稳定图象 电子枪 偏转电极 荧光屏 中心 信号电压 01抓住三个考点 01抓住三个考点 本栏内容结束 结论 1 粒子以一定速度v0垂直射入偏转电场 粒子从偏转电场中射出时 就像是从极板间的l 2处沿直线射出的 2 经过相同电场加速 又经过相同电场偏转的带电粒子 其运动轨迹重合 与粒子的带电荷量和质量无关 v0 v vx vy o mq x y l d 02突破三个考向 典例1 2012 江苏单科 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 审题时关键要抓住 动 字 就是要确定 变量 同时也要确定 不动 即不变 的量 教你审题 判断的思路为 不变量 q s d 变量 r c的变化趋势 增大 不变量和变量跟目标量的关联 c q u 目标量的变化趋势 解析 显隐 02突破三个考向 1 对公式c q u的理解电容c q u的比值 不能理解为电容c与q成正比 与u成反比 一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的 与电容器是否带电及带电多少无关 2 电容器两类问题 1 电压不变 电容器始终与直流电源相连 改变s d某一个量 判定u c q e等物理量如何变化 2 电荷量不变 电容器充电后与电源断开 改变d或s 判定q c u e等物理量如何变化 借题发挥 3 运用电容的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 用决定式 分析平行板电容器电容的变化 3 用定义式c q u 分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化 4 用e u d 分析电容器极板间电场强度的变化 02突破三个考向 审题导析1 表明电容器电压始终保持不变 且下极板电势为零 2 油滴所受合力为零 且所受电场力方向向上 油滴带负电 3 板距增大 电压不变 电场强度减小 电容c减小 电容器带电量减小 解析因为电容器两板电压不变 当两板间距离d增大 电场强度e减小 p exp减小 p点的电势降低 故选项a错b对 又根据带电油滴平衡可判断其带负电 它在p点的电势能增大 选项c错误 电容器的电容减小 则极板带电荷量将减小 选项d错 故答案为b 答案b 变式跟踪1 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 则极板带电荷量将增大 02突破三个考向 解析 显隐 审题导析1 电容器两极板间电压始终保持不变 2 表明带电粒子受各力的竖直方向分力的合力为零 从而可判定粒子所受电场力方向 3 水平方向分力的合力呢 自己分析一下 解析带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用 一是重力mg 方向竖直向下 二是电场力f eq 方向垂直于极板向上 因二力均为恒力 已知带电粒子做直线运动 所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上 根据牛顿第二定律可知 该粒子做匀减速直线运动 选项d正确 选项a c错误 从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出 电场力对粒子做负功 粒子的电势能增加 选项b正确 答案bd 02突破三个考向 典例2 2012 课标 18 如图示平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度 两极板与一直流电源相连 若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器 则在此过程中 该粒子 a 所受重力与电场力平衡b 电势能逐渐增加c 动能逐渐增加d 做匀变速直线运动 解析 显隐 mg f电 f 02突破三个考向 带电体在匀强电场中做直线运动问题的分析方法 以题说法 02突破三个考向 转解析 审题导析1 解答周期性变化类问题 要重点分析在第一个周期内物体受力及运动规律 2 第一个周期内 小物块受力及运动情况怎样呢 3 由第一周期运动规律推理出15s内物体运动规律 变式跟踪2 如图甲所示 在真空中足够大的绝缘水平地面上 一个质量为m 0 2kg 带电荷量为q 2 0 10 6c的小物块处于静止状态 小物块与地面间的动摩擦因数 0 1 从t 0时刻开始 在空间加上一个如图乙所示的场强大小和方向呈周期性变化的电场 取水平向右为正方向 g取10m s2 求 1 在第15s末小物块的速度大小 2 在0 15s内小物块的位移大小 t1 0 2s e1q ff t2 2 4s ff e2q v2 v4 02突破三个考向 转例题 02突破三个考向 转解析 审题视角1 了解题中所给各已知量 2 分析带电粒子整个过程的受力及运动规律 列表达式解题 典例3 如图示 在两条平行的虚线内存在着宽度为l 电场强度为e的匀强电场 在与右侧虚线相距也为l处有一与电场平行的屏 现有一电荷量为 q 质量为m的带电粒子 重力不计 以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中 v0方向的延长线与屏的交点为o 试求 1 粒子从射入到打到屏上所用的时间 2 粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan 3 粒子打到屏上的点p到o点的距离x p x t m q 02突破三个考向 转例题 02突破三个考向 借题发挥 带电粒子在电场中偏转时是否考虑重力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 除有说明或明确的暗示以外 一般都不能忽略重力 求解带电粒子偏转问题的两种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点p 如图所示 1 确定最终偏移距离op的两种方法 思路1 02突破三个考向 思路2 02突破三个考向 2 确定粒子经偏转电场后的动能 或速度 的两种方法 思路1 思路2 02突破三个考向 变式跟踪3 如图示 水平放置的平行板电容器 原来ab两板不带电 b极板接地 它的极板长l 0 1m 两板间距离d 0 4cm 现有一微粒质量m 2 0 10 6kg 带电荷量q 1 0 10 8c 以一定初速度从两板中央平行于极板射入 由于重力作用微粒恰好能落到a板的中点o处 取g 10m s2 试求 1 带电粒子入射初速度v0的大小 2 现使电容器带上电荷 使带电微粒能从平行板电容器的右侧射出 则带电后a板的电势为多少 转解析 本栏内容结束 02突破三个考向 转例题 考情分析带电粒子在电场中的运动是高考考查的热点问题之一 经常与力学综合命题 多以选择题 计算题的形式出现 带电粒子在交变电场中的运动更是高考的难点 今后对带电粒子在电场中的运动与力学结合或与磁场结合仍为命题的方向 试题类型此类题型一般有三种情况 一是粒子做单向直线运动 一般用牛顿运动定律求解 二是粒子做往返运动 一般分段研究 三是粒子做偏转运动 一般根据交变电场特点分段研究 03解析一个疑难 突破策略解答带电粒子在交变电场中运动问题的思维方法1 注重全面分析 分析受力特点和运动规律 抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征 求解粒子运动过程中的速度 位移 做功或确定与物理过程相关的边界条件 2 分析时从两条思路出发 一是力和运动的关系 根据牛顿第二定律及运动学规律分析 二是功能关系 03解析一个疑难 03解析一个疑难 审题导析1 作出几个特殊时刻粒子开始运动的速度图象 由一个周期内 速度图线与时间轴所围面积的正负来判定粒子最终运动情况 2 若第一个周期内总位移方向向左 则粒子将最终打到a板上 转解析 03解析一个疑难 转例题 03解析一个疑难 预测 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