高考物理大一轮复习第七章静电场基础课3电容器带电粒子在电场中的运动课件新人教版.ppt

基础课3电容器带电粒子在电场中的运动 知识点一 常见电容器电容器的电压 电荷量和电容的关系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 转化为其他形式的能 绝缘 靠近 绝对值 异种电荷 电场能 电场能 2 电容 1 定义 电容器所带的 Q与电容器两极板间的电势差U的比值 2 定义式 C 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 电荷量 容纳电荷 106 极板的正对面积 相对介电常数 2 带电粒子在匀强电场中的偏转 1 条件 以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场 仅受电场力 2 运动性质 运动 3 处理方法 运动的分解 沿初速度方向 做 运动 沿电场方向 做初速度为零的 运动 类平抛 匀速直线 匀加速直线 知识点三 示波器的工作原理1 构造 偏转极板 荧光屏 如图所示 电子枪 2 工作原理 1 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 2 观察到的现象 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 若所加扫描电压和信号电压的 相等 就可以在荧光屏上得到待测号在一个周期内变化的稳定图象 信号电压 扫描电压 中心 周期 思考判断 答案 1 2 3 4 5 电容器的电容及平行板电容器的动态分析 1 两个公式的比较 2 平行板电容器动态变化的两种情况 1 电容器始终与电源相连时 两极板间的电势差U保持不变 2 充电后与电源断开时 电容器所带的电荷量Q保持不变 3 平行板电容器动态问题的分析思路 4 平行板电容器问题的一个常用结论电容器充电后断开电源 在电容器所带电荷量保持不变的情况下 电场强度与极板间的距离无关 1 有关电容器物理量的理解 多选 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 电容器的动态分析 多选 美国物理学家密立根通过研究平行板间悬浮不动的带电油滴 比较准确地测定了电子的电荷量 如图1所示 平行板电容器两极板M N相距d 两极板分别与电压为U的恒定电源两极连接 极板M带正电 现有一质量为m的带电油滴在极板中央处于静止状态 且此时极板带电荷量与油滴带电荷量的比值为k 则 图1 答案AC 3 电容器的动态分析 2016 天津理综 4 如图2所示 平行板电容器带有等量异种电荷 与静电计相连 静电计金属外壳和电容器下极板都接地 在两极板间有一固定在P点的点电荷 以E表示两板间的电场强度 Ep表示点电荷在P点的电势能 表示静电计指针的偏角 若保持下极板不动 将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置 则 图2 A 增大 E增大B 增大 Ep不变C 减小 Ep增大D 减小 E不变 答案D 带电粒子 或带电体 在电场中的直线运动 1 做直线运动的条件 1 粒子所受合外力F合 0 粒子或静止 或做匀速直线运动 2 粒子所受合外力F合 0 且与初速度方向在同一条直线上 带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动 A 3 2B 2 1C 5 2D 3 1 图3 答案A 答案D 3 带电体的直线运动 如图4所示 充电后的平行板电容器水平放置 电容为C 极板间距离为d 上极板正中有一小孔 质量为m 电荷量为 q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落 穿过小孔到达下极板处速度恰为零 空气阻力忽略不计 极板间电场可视为匀强电场 重力加速度为g 求 图4 1 小球到达小孔处的速度 2 极板间电场强度大小和电容器所带电荷量 3 小球从开始下落运动到下极板处的时间 1 带电粒子重力是否计入的判断 1 微观粒子 如电子 质子 离子等 和无特别说明的带电粒子 一般都不计重力 并不是忽略质量 2 带电微粒 如油滴 液滴 尘埃 小球等 除有特别说明或暗示外 一般要考虑重力 3 原则上 所有未明确交代的带电体 都应根据题设运动状态和过程 反推是否计重力 即隐含条件 规律方法 2 带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法 带电粒子在电场中的偏转运动 1 带电粒子在电场中的偏转规律 1 粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离h 2 粒子穿过界面MN时的速度v 3 粒子穿过界面PS时偏离中心线RO的距离Y 4 点电荷的电荷量Q 该小题结果保留一位有效数字 图5 2 粒子的运动轨迹如图所示 答案 1 3cm 2 2 5 106m s 方向与水平方向成37 角斜向下 3 12cm 4 1 10 8C 分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题的关键 1 条件分析 不计重力 且带电粒子的初速度v0与电场方向垂直 则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动 2 运动分析 一般用分解的思想来处理 即将带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动 方法技巧 1 偏转问题 多选 如图6所示 带电荷量之比为qA qB 1 3的带电粒子A B以相等的速度v0从同一点出发 沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中 分别打在C D点 若OC CD 忽略粒子重力的影响 则 图6 A A和B在电场中运动的时间之比为1 2B A和B运动的加速度大小之比为4 1C A和B的质量之比为1 12D A和B的位移大小之比为1 1 答案ABC 2 示波器中的加速 偏转 2016 广州综合测试 多选 如图7所示的阴极射线管 无偏转电场时 电子束加速后打到荧屏中央形成亮斑 如果只逐渐增大M1M2之间的电势差 则 图7 A 在荧屏上的亮斑向上移动B 在荧屏上的亮斑向下移动C 偏转电场对电子做的功增大D 偏转电场的电场强度减小解析电子束在偏转电场中做类平抛运动 沿垂直电场方向做匀速运动 故在电场中运动时间不变 电子在偏转电场中受向上的电场力 故向上偏转 A项正确 B项错误 沿电场方向上 电子束做匀变速直线运动 两板间电压增大 偏转电场的场强增大 D项错误 电子所受电场力增大 因此加速度增大 由位移规律可知 电子在电场中侧移量增大 由功的定义式可知 电场力做功增大 C项正确 答案AC 3 加速与偏转 2016 北京理综 23 如图8所示 电子由静止开始经加速电场加速后 沿平行于板面的方向射入偏转电场 并从另一侧射出 已知电子质量为m 电荷量为e 加速电场电压为U0 偏转电场可看做匀强电场 极板间电压为U 极板长度为L 板间距为d 图8 1 忽略电子所受重力 求电子射入偏转电场时初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离 y 2 分析物理量的数量级 是解决物理问题的常用方法 在解决 1 问时忽略了电子所受重力 请利用下列数据分析说明其原因 已知U 2 0 102V d 4 0 10 2m m 9 1 10 31kg e 1 6 10 19C g 10m s2 3 极板间既有静电场也有重力场 电势反映了静电场各点的能的性质 请写出电势 的定义式 类比电势的定义方法 在重力场中建立 重力势 的 G概念 并简要说明电势和 重力势 的共同特点 用等效法处理带电粒子在电场 重力场中的运动1 等效思维方法等效法是将一个复杂的物理问题 等效为一个熟知的物理模型或问题的方法 带电粒子在匀强电场和重力场组成的复合场中做圆周运动的问题 是高中物理教学中一类重要而典型的题型 对于这类问题 若采用常规方法求解 过程复杂 运算量大 若采用 等效法 求解 则能避开复杂的运算 过程比较简捷 图9 图10 1 求小球所受的电场力大小 2 求小球在A点的速度v0为多大时 小球经过B点时对圆轨道的压力最小 1 2016 全国卷 14 一平行板电容器两极板之间充满云母介质 接在恒压直流电源上 若将云母介质移出 则电容器 A 极板上的电荷量变大 极板间电场强度变大B 极板上的电荷量变小 极板间电场强度变大C 极板上的电荷量变大 极板间电场强度不变D 极板上的电荷量变小 极板间电场强度不变 答案D 2 2016 海南单科 6 如图11 平行板电容器两极板的间距为d 极板与水平面成45 角 上极板带正电 一电荷量为q q 0 的粒子在电容器中靠近下极板处 以初动能Ek0竖直向上射出 不计重力 极板尺寸足够大 若粒子能打到上极板 则两极板间电场强度的最大值为 图11 解析根据电荷受力可以知道 粒子在电场中做曲线运动 如图所示 当电场足够大时 粒子到达上极板时速度恰好与上极板平行 如图 将粒子初速度v0分解为垂直极板的vy和平行极板的vx 根据运动的合成与分解 当分速度vy 0时 则粒子 答案B 3 2015 天津理综 7 多选 如图12所示 氕核 氘核 氚核三种粒子从同一位置无初速地进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 图12 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 答案AD 4 2016 四川理综 9 中国科学家2015年10月宣布中国将在2020年开始建造世界上最大的粒子加速器 加速器是人类揭示物质本源的关键设备 在放射治疗 食品安全 材料科学等方面有广泛应用 如图13所示 某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管 漂移管 组成 相邻漂移管分别接在高频脉冲