物理第七章 靜電場(chǎng) 第3節(jié) 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 新人教版

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1、第3節(jié)電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)-2-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診一、電容器1.電容器(1)組成:由兩個(gè)彼此 絕緣又相互 靠近的導(dǎo)體組成。(2)帶電荷量:一個(gè)極板所帶電荷量的 絕對(duì)值。(3)電容器的充、放電:充電:使電容器帶電的過(guò)程,充電后電容器兩板帶上等量的 異種電荷,電容器中儲(chǔ)存 電場(chǎng)能。放電:使充電后的電容器失去電荷的過(guò)程,放電過(guò)程中 電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。-3-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診2.電容(1)定義:電容器所帶的 電荷量Q與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值。(3)物理意義:表示電容器 容納電荷本領(lǐng)大小的物理量。(4)單位:法拉(F),1F= 106 F=1012pF。3.平行板電容器(1)影響因素

2、:平行板電容器的電容與 正對(duì)面積成正比,與介質(zhì)的介電常數(shù)成 正比,與 兩極板間距離成反比。-4-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診二、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.加速問(wèn)題(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中:W=qEd=qU= 。(2)在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中:W=qU= 。2.偏轉(zhuǎn)問(wèn)題(1)條件分析:不計(jì)重力的帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)。(2)運(yùn)動(dòng)性質(zhì): 勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。(3)處理方法:利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解。沿初速度方向:做 勻速運(yùn)動(dòng)。沿電場(chǎng)方向:做初速度為零的 勻加速運(yùn)動(dòng)。-5-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診-6-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診三、示波管1.示波管裝置示波管由 電子槍、 偏轉(zhuǎn)電極和 熒光屏組成,管內(nèi)抽成真空。如圖所示。-7-知識(shí)

3、梳理考點(diǎn)自診2.工作原理(1)如果在偏轉(zhuǎn)電極XX和YY之間都沒(méi)有加電壓,則電子槍射出的電子束沿直線運(yùn)動(dòng),打在熒光屏 中心,在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑。(2)YY上加的是待顯示的 信號(hào)電壓。XX上是機(jī)器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓,叫作掃描電壓。若所加掃描電壓和信號(hào)電壓的周期相同,就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖象。-8-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診1.(多選)有一只電容器的規(guī)格是“1.5F,9V”,那么 ()A.這只電容器上的電荷量不能超過(guò)1.510-5CB.這只電容器上的電荷量不能超過(guò)1.3510-5CC.這只電容器的額定電壓為9VD.這只電容器的擊穿電壓為9V 答案解析解析關(guān)閉9V為電容器的

4、額定電壓(或工作電壓),正常工作時(shí)的電荷量Q=CU=1.510-69C=1.3510-5C,選項(xiàng)B、C正確。 答案解析關(guān)閉BC-9-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診2.關(guān)于電容器及其電容,下列說(shuō)法正確的是()A.平行板電容器一板帶電+Q,另一板帶電-Q,則此電容器不帶電B.由公式C= 可知,電容器的電容隨電荷量Q的增加而增大C.對(duì)一個(gè)電容器來(lái)說(shuō),電容器的電荷量與兩板間的電勢(shì)差成正比D.如果一個(gè)電容器兩板間沒(méi)有電壓,就不帶電荷,也就沒(méi)有電容 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-10-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診3.一充電后的平行板電容器保持兩極板的正對(duì)面積、間距和電荷量不變,在兩極板間插入一電介質(zhì),其電容C和兩極板間的電勢(shì)差U

5、的變化情況是()A.C和U均增大B.C增大,U減小C.C減小,U增大D.C和U均減小 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-11-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診4.如圖所示,電子由靜止開(kāi)始從A板向B板運(yùn)動(dòng),到達(dá)B板的速度為v,保持兩極間電壓不變,則()A.當(dāng)減小兩板間的距離時(shí),速度v增大B.當(dāng)減小兩極間的距離時(shí),速度v減小C.當(dāng)減小兩極間的距離時(shí),速度v不變D.當(dāng)減小兩極間的距離時(shí),電子在兩極間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變長(zhǎng) 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-12-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診5.如圖所示,質(zhì)子以相同的初動(dòng)能垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)(粒子不計(jì)重力),則這兩個(gè)粒子射出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)位移y之比為()A.11B.12C.21D.14 答案解析解

6、析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析1.三先三后(1)先看常量,后看變量;(2)在變量中先看自變量,后看因變量;(3)先定性分析,再定量計(jì)算。2.平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的兩種情況歸納(1)平行板電容器充電后,保持電容器的兩極板與電池的兩極相連接:-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(2)平行板電容器充電后,切斷與電池的連接:-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例1(2016天津卷)如圖所示,平行板電容器帶有等量異種電荷,與靜電計(jì)相連,靜電計(jì)金屬外殼和電容器下極板都接地。在兩極板間有一固定在P點(diǎn)的點(diǎn)電荷。以E表示兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度,Ep表示點(diǎn)

7、電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能,表示靜電計(jì)指針的偏角。若保持下極板不動(dòng),將上極板向下移動(dòng)一小段距離至圖中虛線位置,則()A.增大,E增大B.增大,Ep不變C.減小,Ep增大D.減小,E不變 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三思維點(diǎn)撥首先要分清電容器問(wèn)題的兩種情況:電容器帶電荷量一定和電容器兩板間電勢(shì)差一定;其次要掌握三個(gè)基本公式:C= ,Q=CU;同時(shí)記住一個(gè)特殊的結(jié)論:電容器帶電荷量一定時(shí),電容器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度大小與兩板間距無(wú)關(guān)。-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(xué)即練1.(2016全國(guó)卷)一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì),接在恒壓直流電源上。若將云母介質(zhì)移出,

8、則電容器()A.極板上的電荷量變大,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大B.極板上的電荷量變小,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大C.極板上的電荷量變大,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變D.極板上的電荷量變小,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-18-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三2.(2017江蘇卷)如圖所示,三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔,小孔分別位于O、M、P點(diǎn)。由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)?，F(xiàn)將C板向右平移到P點(diǎn),則由O點(diǎn)靜止釋放的電子()A.運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回B.運(yùn)動(dòng)到P和P點(diǎn)之間返回C.運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回D.穿過(guò)P點(diǎn) 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-19-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中

9、的直線運(yùn)動(dòng)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)1.做直線運(yùn)動(dòng)的條件(1)粒子所受合外力F合=0,粒子靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)粒子所受合外力F合0,且與初速度方向在同一條直線上,帶電粒子將做勻加速直線運(yùn)動(dòng)或勻減速直線運(yùn)動(dòng)。2.用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)分析3.用功能觀點(diǎn)分析 -20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例2如圖所示,一充電后的平行板電容器的兩極板相距l(xiāng)。在正極板附近有一質(zhì)量為m0、電荷量為q(q0)的粒子;在負(fù)極板附近有另一質(zhì)量為m、電荷量為-q的粒子。在電場(chǎng)力的作用下,兩粒子同時(shí)從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。已知兩粒子同時(shí)經(jīng)過(guò)一平行于正極板且與其相距l(xiāng)的平面。若兩粒子間相互作用力可忽略,不計(jì)重力,則m0m為()A.32

10、B.21C.52D.31 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-21-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三思維點(diǎn)撥 1.帶電體是否考慮重力的判斷(1)微觀粒子(如電子、質(zhì)子、離子等),一般都不計(jì)重力。(2)帶電微粒(如油滴、液滴、塵埃、小球等),一般要考慮重力。(3)原則上,所有未明確交代的帶電體,都應(yīng)根據(jù)題中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和過(guò)程,反推是否考慮重力(即隱含條件)。-22-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三2.帶電體在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法 -23-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(xué)即練3.(2017廣東汕尾城區(qū)校級(jí)月考)如圖所示,板長(zhǎng)l=4cm的平行板電容器,板間距離d=3cm,板與水平線夾角=37,兩板所加電壓

11、為U=100V。有一帶負(fù)電液滴,電荷量為q=310-10C,以v0=1m/s的水平速度自A板邊緣水平進(jìn)入電場(chǎng),在電場(chǎng)中仍沿水平方向并恰好從B板邊緣水平飛出(g取10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8)。求:(1)液滴的質(zhì)量;(2)液滴飛出時(shí)的速度。-24-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三解析:(1)根據(jù)題意畫(huà)出帶電液滴的受力圖如圖所示,可得qEcos=mg代入數(shù)據(jù)得m=810-8kg。(2)因液滴沿水平方向運(yùn)動(dòng),所以重力做功為零。對(duì)液滴由動(dòng)能定理得-25-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三4.(2017北京東城區(qū)檢測(cè))如圖所示,一電荷量為+q、質(zhì)量為m的小物塊處于一傾角為37的光滑斜面上,整個(gè)裝置

12、被置于一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,小物塊恰好靜止。重力加速度為g,sin37=0.6,cos37=0.8。求:(1)水平向右電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小;(2)若將電場(chǎng)強(qiáng)度減小為原來(lái)的,小物塊的加速度是多大;(3)電場(chǎng)強(qiáng)度變化后小物塊下滑距離L時(shí)的動(dòng)能。-26-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三解析:(1)小物塊靜止在斜面上,受重力、電場(chǎng)力和斜面支持力(如圖所示),則FNsin37=qEFNcos37=mg(3)電場(chǎng)強(qiáng)度變化后小物塊下滑距離L時(shí),重力做正功,電場(chǎng)力做負(fù)功,由動(dòng)能定理得mgLsin37-qELcos37=Ek-0可得Ek=0.3mgL。-27-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子

13、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)求解電偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的兩種思路以示波管模型為例,帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)U1加速,再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U2偏轉(zhuǎn)后,需再經(jīng)歷一段勻速直線運(yùn)動(dòng)才會(huì)打到熒光屏上而顯示亮點(diǎn)P,如圖所示。(1)確定最終偏移距離OP的兩種方法方法1:-28-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三方法2:(2)確定粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后的動(dòng)能(或速度)的兩種方法方法1:-29-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三利用動(dòng)能定理求粒子偏轉(zhuǎn)后的動(dòng)能時(shí),電場(chǎng)力做功W=qU=qEy,其中“U”為初末位置的電勢(shì)差,而不一定是U=。-30-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三 例3(2017黑龍江哈爾濱香坊區(qū)二模)如圖甲所示,熱電子由陰極飛出時(shí)的初速度忽略不計(jì),電子發(fā)射裝置的加速電

14、壓為U0。電容器板長(zhǎng)和板間距離均為L(zhǎng)=10cm,下極板接地。電容器右端到熒光屏的距離也是L=10cm。在電容器兩極板間接一交流電壓,上極板的電勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示。(每個(gè)電子穿過(guò)平行板的時(shí)間極短,可以認(rèn)為電壓是不變的)-31-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(1)在t=0.06s時(shí)刻進(jìn)入的電子打在熒光屏上的何處?(2)熒光屏上有電子打到的區(qū)間有多長(zhǎng)?(3)屏上的亮點(diǎn)如何移動(dòng)?答案:(1)在t=0.06s時(shí)刻,電子打在熒光屏上的y=13.5cm(2)熒光屏上有電子打到的區(qū)間有30cm(3)亮點(diǎn)在豎直方向做直線運(yùn)動(dòng)。解析:(1)由題圖知t=0.06s時(shí)偏轉(zhuǎn)電壓為U=1.8U0,設(shè)電子質(zhì)量為m,電荷

15、量為e電子在加速電場(chǎng)中加速-32-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三聯(lián)立解得y=0.45L=4.5cm設(shè)電子打在屏上的點(diǎn)偏離O點(diǎn)的距離為y,則因?yàn)榱Ｗ与x開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)速度的反向延長(zhǎng)線經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)極板中軸線的中點(diǎn),根據(jù)相似三角形得代入數(shù)據(jù)解得y=13.5cm。故打在屏上的點(diǎn)距O點(diǎn)13.5cm。(2)電子的最大側(cè)移是0.5L,由兩式得:Umax=2.0U0所以熒光屏上電子的最大側(cè)位移能打到的區(qū)間長(zhǎng)為2ymax=3L=30cm。(3)亮點(diǎn)在豎直方向做直線運(yùn)動(dòng)。-33-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三思維點(diǎn)撥(1)由圖象得到t=0.06s時(shí)的偏轉(zhuǎn)電壓,根據(jù)電子在電場(chǎng)中加速再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)做類平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)偏轉(zhuǎn)電壓求出電子在電場(chǎng)中的

16、加速度,根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)求解即可。(2)根據(jù)電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)電子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的最大偏轉(zhuǎn)距離為,由此根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)求出從極板邊緣飛出的電子的偏轉(zhuǎn)電壓,根據(jù)幾何知識(shí)求解打在屏上的電子區(qū)間。(3)由亮點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)范圍可得其運(yùn)動(dòng)情況。-34-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三抓住帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后,在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),能根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)求解相關(guān)問(wèn)題,靈活運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解是關(guān)鍵。-35-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(xué)即練5.(2017山東日照三模)a、b、c是三個(gè)電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子,以相同的初速度由同一點(diǎn)垂直電場(chǎng)強(qiáng)度方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),僅在電場(chǎng)力的作用下,運(yùn)動(dòng)

17、軌跡如圖所示,其中b恰好沿著極板邊緣飛出電場(chǎng)。粒子a、b、c在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是()A.a、b運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同B.a的質(zhì)量最大,c的質(zhì)量最小C.動(dòng)量的增量相比,a的最小,b和c的一樣大D.動(dòng)能的增量相比,c的最大,a和b的一樣大 答案解析解析關(guān)閉帶電粒子在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),初速度相同,b、c的水平位移相等,則b、c的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,a的水平位移小于b的水平位移,則a的運(yùn)動(dòng)時(shí)間小于b的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,故A錯(cuò)誤。帶電粒子在豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng),a、b的豎直位移相等,a的時(shí)間小于b的時(shí)間,則a的加速度大于b的加速度,電荷所受電場(chǎng)力相等,則a的質(zhì)量小于b的質(zhì)量;b的豎直位移大于c

18、的豎直位移,b、c的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,則b的加速度大于c的加速度,b的質(zhì)量小于c的質(zhì)量,可知c的質(zhì)量最大,a的質(zhì)量最小,故B錯(cuò)誤。三個(gè)小球所受的合力相等,等于電場(chǎng)力,由于a運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短,根據(jù)動(dòng)量定理知,a的動(dòng)量增量最小,b、c的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,則b、c動(dòng)量增量相等,故C正確。根據(jù)動(dòng)能定理知,a、b豎直位移相等,則a、b電場(chǎng)力做功相等,動(dòng)能增量相等,c的豎直位移最小,電場(chǎng)力做功最小,則c的動(dòng)能增量最小,故D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉C-36-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三6.如圖甲所示,離子源產(chǎn)生的正離子由離子源飛出時(shí)的速度可忽略不計(jì),離子離開(kāi)離子源后進(jìn)入一加速電壓為U0的加速電場(chǎng),偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)極板間的距離為d,極

19、板長(zhǎng)為l=2d,偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的下極板接地,偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)極板右端到豎直放置的足夠大的熒光屏之間的距離也為l?，F(xiàn)在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的兩極板間接一周期為T(mén)的交流電壓,上極板的電勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示。(設(shè)正離子的電荷量為q、質(zhì)量為m,大量離子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中央持續(xù)射入,穿過(guò)平行板的時(shí)間都極短)-37-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(1)試計(jì)算離子剛進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度v0的大小。(2)在電勢(shì)變化的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)熒光屏有“黑屏”現(xiàn)象,即無(wú)正離子到達(dá)熒光屏,試計(jì)算每個(gè)周期內(nèi)熒光屏黑屏的時(shí)間t。(3)離子打到熒光屏上的區(qū)間的長(zhǎng)度x。解析:(1)由題意可知,離子剛進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度大小恰為離子射出加速電場(chǎng)時(shí)的速度大小,由動(dòng)能定理可得-38-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(2)由題意可知,只要正離子能射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),即可打到熒光屏上,因此當(dāng)離子打在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的極板上時(shí),出現(xiàn)“黑屏”現(xiàn)象。設(shè)離子剛好能射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)電壓為U,由題圖乙可知,偏轉(zhuǎn)電壓U在0.5U0U0之間變化時(shí),進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的離子無(wú)法射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)打在熒光屏上,因此每個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)“黑屏”的時(shí)間為t= 。-39-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(3)設(shè)離子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的最大側(cè)移量為y,打在熒光屏上的位置