第九章第三节 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动

1、第三节电容器与电容带电粒子在电场中的运动,一、电容器、电容 1电容器 (1)组成：由两个彼此_又相互_的导体组成 (2)带电量：一个极板所带电量的_.,绝缘,靠近,绝对值,(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,异种电荷,电场能,电场能,2电容 (1)定义式：C . (2)单位：法拉(F)，1 F_F1012pF.,106,3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，与两极板间_成反比,正对面积,介电常数,距离,(2)决定式：C ，k

2、为静电力常量 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,电压,电荷量,名师点拨： (1)电容器的电容大小是由本身的特性决定的,与极板间电压以及电容器带电多少、带不带电荷无关 (2)电容器充、放电时，电流的方向可以由正电荷定向移动的方向来确定,二、带电粒子在电场中的运动 1带电粒子在电场中的加速 (1)处理方法：利用动能定理： (2)适用范围：_.,任何电场,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： vxv0，xv0t.,匀速直线,平行于场强方向做初速度为零的_运动：,匀加

3、速直线,图931 三、示波管 1示波管装置 示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏,组成，管内抽成真空如图932所示 图932 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,同时加在偏转电极YY上所要研究的信号电压,电子束随信号电压的变化在纵向做竖直方向的扫描,其周期与偏转电极XX的扫描电压的周期相同，在,荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线,一、电容器的动态问题分析方法 1先确定是Q还是U不变：电容器保持与电源连接，U不变；电容器充电后断开电源，Q不变,2据平行板电容器C来确定电容的变化 3由C的关系判定Q、U的变化 4动态分析如下表,

4、即时应用 1 图933 1(2010高考北京卷)用控制变量法,可以研究影响平行板电容器电容的,因素(如图933)设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为.实验中，极板所带电荷量不变，若() A保持S不变，增大d，则变大 B保持S不变，增大d，则变小,C保持d不变，减小S，则变小 D保持d不变，减小S，则不变 解析：选A.静电计是测量电容器两端电压的仪器，指针偏角U，根据C和C得A正确,二、带电粒子在电场中偏转的几个重要推论 1若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的,则由动能定理有：,结论：不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场，它,们在

5、电场中的偏转角度和偏转距离总是相同的 图934,2作粒子速度的反向延长线，与初速度方向交于O点，O点与电场边缘的距离为x，如图934所示，则,结论：粒子从偏转电场中射出时，就象是从极板间的x 处的O点沿直线射出 特别提醒：用动能定理qUyf(1,2)mv2f(1,2)mvoal(2,0)计算末速度时，要注意式中的Uy不是两极板间的电压U,而是入射点和出射点之间的电压Uyf(y,d)U.,即时应用 2.如图935所示，一价氢离子和二价氦离子的混合体，经同一加速电场 图935,U1同时加速后，垂直射入同一偏转电场U2中，偏转后，打在同一荧光屏上,则它们() A同时到达屏上同一点 B先后到达屏上同一

6、点 C同时到达屏上不同点 D先后到达屏上不同点,解析：选B.设粒子带电荷量为q、质量为m,经加速电场后其速度为v1,再经偏转电场后其速度变为v2，在加速阶段有qU1 mv21(式)；设加速极板间距为d1，偏转极板长度为d2，偏转极板右端到屏的距离为d3，偏转极板间距为L，离子通过偏转电场后垂,直于极板方向的偏转位移为y，,三、带电粒子在复合场中的运动 1带电粒子在电场中的运动是否考虑重力 (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，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力 2带电粒子

7、在重力场和匀强电场中的运动,(1)由于带电粒子在匀强电场中所受电场力和重力都是恒力，不受约束的粒子做的都是匀变速运动，因此可以采取正交分解法处理 (2)等效“重力”法：将重力与电场力进行合成，合力F合等效于“重力”，,a 等效于“重力加速度”，F合的方向等效于“重力”的方向，即在重力场中的竖直方向,即时应用 图936 3如图936所示，水平放置的平行金属板间有匀强电场一根长为l的绝,缘细绳一端固定在O点，另一端系有质量为m并带有一定电荷的小球小球原来静止在C点当给小球一个水平速度后，它能在竖直面内绕O点做匀速圆周运动若将两板间的电压增大为原来的3倍，求：要使小球从C点开始在竖直面内绕O点做圆周

8、运动，,至少要给小球多大的水平速度？在这种情况下，在小球运动过程中细绳所受的最大拉力是多大？ 解析：设原来的电场强度为E,小球带电量q.由题意可知：qEmg，两者方向相反,当板间电压变为原来的3倍时,场强变为原来的3倍则电场力与,重力的合力F合3qEmg2mg，方向向上即等效重力的大小为2mg，C点为等效最高点 要使小球恰好能在竖直平面做圆周运动，必须有：F向2mgmv2/l v，D点为等效最低点，绳的拉力最大,设小球到D点的速度为vm，由动能定理得：,图937,(2010高考重庆卷)某电容式话筒的原理示意图如图937所示,E为电源,R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时,P振动而Q

9、可视为不动在P、Q间距增大过程中(),AP、Q构成的电容器的电容增大 BP上电荷量保持不变 CM点的电势比N点的低 DM点的电势比N点的高,【解析】由平行板电容器的电容C 可知，当P、Q之间的距离d增大时，电容器的电容C减小，A错误；而电容器两极板之间的电势差不变，根据QCU可知，电容器两极板上的电荷量减小，B错误；此时电容器对外放电，电流从M到N，故M点的电势,高于N点的电势，D正确 【答案】D,变式训练1(2011高考天津卷)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1，板间场强为E1.现将电容器所带电荷量变为2Q，板间距变为 d，其他条件不变，这时两极板间电势差为U2，

10、板间场强为E2，下列说法正确的是(),AU2U1，E2E1 BU22U1，E24E1 CU2U1，E22E1 DU22U1，E22E1,图938,静电喷漆技术具有效率高,浪费少,质量好，有利于工人健康等优点，其装置如图938所示A、B为两块平行金属板，间距d0.40 m，两板间方向由B指向A，大小为E1.0103 N/C的匀强电场在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P，,油漆喷枪的半圆形喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒，油漆微粒的初速度大小均为v02.0 m/s，质量m5.01015 kg、带电量为q2.01016 C微粒的重力和所受空气阻力均不计，油漆微粒最后都落在金属板B上试求

11、：,(1)微粒打在B板上的动能 (2)微粒到达B板所需的最短时间 (3)微粒最后落在B板上所形成的图形及面积的大小 解析：(1)电场力对每个微粒所做的功: WqEd2.010161.01030.40 J8.01014 J,水平位移：Rv0t1 竖直位移：d 区域面积：SR2 联立代入数据解得:S0.25 m2. 答案：见解析,变式训练2 图939,(2011高考上海综合卷)“上海光源”中，电子束能量为5.3 GeV(1 GeV1109 eV,1 eV1.61019 J)，居世界第四，则该电子束能量为_J若一个电子(质量m9.11031 kg)由静止开始，从左侧边界水平向右进入如图939所示边长

12、均为10 cm的电,场区域(电场强度大小均为1 N/C)，当它从右侧边界离开电场时，其速度为_ m/s.(电子重力忽略不计),答案：8.4810101.88105,图9310,(满分样板 15分)如图9310所示，真空室中速度v01.6107 m/s的电子束，连续地沿两水平金属板中心线OO射入,已知极板长l4 cm,板间距离d1 cm,板右端距离荧光屏PQ为L18 cm.电子电荷量q1.61019 C，质量m0.911030 kg.,若在电极ab上加u220 sin100t V的交变电压，在荧光屏的竖直坐标轴y上能观测到多长的线段？(设极板间的电场是均匀的，两板外无电场，荧光屏足够大),解题样板规范步骤，该得的分一分不丢！ 图9311,【规律总结】(1)此题属于带电粒子在交变电场中的运动问题,但因粒子在电场中运动时间极短，粒子在电场中运动的过程中可认为电场是不变的 (2)打在屏上最上端和最下端的电子是否是沿金属板边缘飞出的电子应当通过计算做出判断,变式训练3(2011高考安徽卷)如图9312甲所示，两平行正对的金属板A、