高中物理带电粒子在电场中的运动优质公开课课件

1、带电粒子在电场中的运动一、平行板电容器的动态分析1.主要的理论论据 (1)平行板电容器的电容C与板距d、正对面积S、介质介电 常数间的关系C= . (2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强E= . (3)电容器所带电荷量Q=CU. (4)由以上三式得E= ,该式常用于Q保持不变的情况中.2.电容器的动态分析方法 主要分两种情况 (1)平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两 极板间的电压不变,当电容器的d、S、变化时,将引起 电容器的C、Q、E的变化.(U不变)(2)平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量Q不变,当电容器的d、S、变化时,将引起电容器的C、U、E变化

2、.(Q不变)特别提示在分析平行板电容器的电容及其他参量的动态变化时,有两个技巧:(1)紧抓“不变量”即“控制变量法”;(2)选择合适的公式分析.例：如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P点.以E 表示两极板间的场强,U表示电容器的电压,Ep表示正电荷在P点的电势能.若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示位置,则 ( )A.U变小,E不变 B.E变大,Ep不变C.U变大,Ep不变 D.U不变,Ep不变思路点拨 解决平行板电容器的动态变化问题,首先要抓住不变量,然后利用物理量之间的关系求解,本题不变量是电容器的电荷量.解析 将正极板移到

3、图中虚线所示的位置时,电容变大,根据恒定,则场强E不变;由于场强E不变,P点与下极板电势差U=Ed不变,所以P点电势 不变,Ep不变.由以上分析可知选项A正确.(对于场强E的分析,不能直接利用E= 分析,因为U减小,d也减小,无法确定E的变化).答案 A【拓展探究】 上例中,若保持正极板不动,将负极板向上平移一定距离,结论如何?解析 负极板向上平移,电容变大,由C= 可知,U变小;又 ，则E不变;P点与下极板电势差U=Ed,d变小,故U变小,即 变小,Ep变小.答案 A变式练习 如图所示,用电池对电容器充电,电路a、b之间接有一灵敏电流表,两极板之间有一个电荷q处于静止状态.现将两极板的间距变

4、大,则 ( )A.电荷将向上加速运动B.电荷将向下加速运动C.电流表中将有从a到b的电流D.电流表中将有从b到a的电流解析 充电后电容器的上极板A带正电.不断开电源,增大两板间距,U不变、d增大.由E= 知两极板间场强减小.场强减小会使电荷q受到的电场力减小,电场力小于重力,合力向下,电荷q向下加速运动.由C= 知电容C减小.由Q=CU知极板所带电荷量减少.会有一部分电荷返回电源,形成逆时针方向的电流,电流表中将会有由b到a的电流,选项B、D正确.答案 BD二、带电粒子在电场中的运动1.带电粒子在电场中的加速 带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场,带电粒子将做 运动.有两种分析方法: (1)用

5、动力学观点分析:= ,E= ,v2-v02=2ad. (2)用功能观点分析:粒子只受电场力作用,电场力做的功等于 物体动能的变化.加(减)速2.带电粒子在匀强电场中的偏转 (1)如果带电粒子以初速度v0垂直场强方向进入匀强电场中, 不考虑重力时,则带电粒子在电场中将做类平抛运动,如图 所示. (2)类平抛运动的一般处理方法:将粒子的运动分解为沿初速 度方向的 运动和沿电场力方向 运动. 根据 的知识就可解决有关问题.匀速直线初速度为零的匀加速运动的合成与分解 (3)基本公式 运动时间t= (板长为l,板间距离为d,板间电压为U) 加速度 离开电场的偏转量 偏转角(4)是否考虑重力要依据情况而定

6、. 基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等除有说明或明确的暗示外,一般不考虑重力(但不能忽略质量). 带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确暗示外,一般都不能忽略重力.例：在一个水平面上建立x轴,在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场,场强大小E=6105 N/C,方向与x轴正方向相同.在O处放一个电荷量q=-510-8 C,质量m=0.01kg的绝缘物块.物块与水平面间的动摩擦因数=0.2,沿x轴正方向给物块一个初速度v0=2m/s,如图所示.(g取10 m/s2)试求:(1)物块向右运动的最大距离.(2)物块最终停止的位置.解析 (1)设物块向右运动的最大距离为xm

7、,由动能定理得-mgxm-E|q|xm=0- mv02可求得xm=0.4 m(2)因Eqmg,物块不可能停止在O点右侧,设最终停在O点左侧且离O点为x处.由动能定理得E|q|xm-mg(xm+x)=0可得x=0.2 m答案 (1)0.4 m (2) O点左侧0.2 m处例：如图所示的装置是在竖直平面内放置的光滑绝缘轨道,处于水平向右的匀强电场中,一带负电荷的小球从高h的A处由静止开始下滑,沿轨道ABC运动后进入圆环内做圆周运动.已知小球所受的电场力是其重力的3/4,圆环半径为R,斜面倾角为,xBC=2R.若使小球在圆环内能做完整的圆周运动,h至少为多少?思路点拨 小球所受的重力和电场力都为恒力,故两力等效为一个力F,如右图所