高考物理一輪復習 第6章 靜電場 基礎課時18 電容器 帶電粒子在電場中的運動課件.ppt

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基礎課時18 電容器 帶電粒子在電 場中的運動,[知識梳理],知識點一、常見電容器 電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系 1.常見電容器 (1)組成：由兩個彼此_____又相互_____的導體組成。 (2)帶電荷量：一個極板所帶電荷量的_______。 (3)電容器的充、放電 充電：使電容器帶電的過程，充電后電容器兩板帶上等量的 _________，電容器中儲存________。 放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中_______轉(zhuǎn)化為其他形式的能。,絕緣,靠近,絕對值,異種電荷,電場能,電場能,2.電容 (1)定義：電容器所帶的_______Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值。 (2)定義式：C＝___。 (3)物理意義：表示電容器_________本領大小的物理量。 (4)單位：法拉(F) 1 F＝___ μF＝1012 pF,電荷量,容納電荷,106,3.平行板電容器 (1)影響因素：平行板電容器的電容與________________成正比，與電介質(zhì)的_____________成正比，與極板間距離成反比。,知識點二、帶電粒子在勻強電場中的運動,極板的正對面積,相對介電常數(shù),[思考] 不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場射出時的偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系怎樣？說出理由？,知識點三、示波管 1.構(gòu)造及功能(如圖1所示),圖1 (1)電子槍：發(fā)射并加速電子。 (2)偏轉(zhuǎn)電極YY′：使電子束豎直偏轉(zhuǎn)(加信號電壓)；偏轉(zhuǎn)電極XX′：使電子束水平偏轉(zhuǎn)(加掃描電壓)。,2.工作原理 偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′不加電壓，電子打到屏幕中心；若只在XX′之間加電壓，電子只在X方向偏轉(zhuǎn)；若只在YY′之間加電壓，電子只在Y方向偏轉(zhuǎn)；若XX′加掃描電壓，YY′加信號電壓，屏上會出現(xiàn)隨信號而變化的圖象。 [思考] 證明粒子經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后，合速度的反向延長線與初速度延長線的交點為粒子水平位移的中點。,[診斷自測],1.(多選)有一只電容器的規(guī)格是“1.5 μF，9 V”，那么( ) A.這只電容器上的電荷量不能超過1.5×10－5 C B.這只電容器上的電荷量不能超過1.35×10－5 C C.這只電容器的額定電壓為9 V D.這只電容器的擊穿電壓為9 V 解析 9 V為電容器的額定電壓(或工作電壓)，正常工作時的帶電荷量Q＝CU＝1.5×10－6×9 C＝1.35×10－5 C，選項B、C正確。 答案 BC,2.如圖2所示，平行板電容器與電源相接，充電后切斷電源，然后將電介質(zhì)插入電容器極板間，則兩板間的電勢差U及板間場強E的變化情況為( ),圖2 A.U變大，E變大 B.U變小，E變小 C.U不變，E不變 D.U變小，E不變,答案 B,3.(多選)(2015·江蘇單科，7)一帶正電的小球向右水平拋入范圍足夠大的勻強電場，電場方向水平向左。不計空氣阻力，則小球( ),圖3 A.做直線運動 B.做曲線運動 C.速率先減小后增大 D.速率先增大后減小,解析 對小球受力分析，小球受重力、電場力作用，合外力的方向與初速度的方向夾角為鈍角，故小球做曲線運動，故A錯誤，B正確；在運動的過程中合外力方向與速度方向間的夾角先為鈍角后為銳角，故合外力對小球先做負功后做正功，所以速率先減小后增大，選項C正確，D錯誤。 答案 BC,4.(多選)(2016·廣州市綜合測試)如圖4所示的陰極射線管，無偏轉(zhuǎn)電場時，電子束加速后打到熒屏中央形成亮斑。如果只逐漸增大M1M2之間的電勢差，則( ),圖4 A.在熒屏上的亮斑向上移動 B.在熒屏上的亮斑向下移動 C.偏轉(zhuǎn)電場對電子做的功增大 D.偏轉(zhuǎn)電場的電場強度減小,解析 電子束在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運動，沿垂直電場方向做勻速運動，故在電場中運動時間不變。電子在偏轉(zhuǎn)電場中受向上的電場力，故向上偏轉(zhuǎn)，A項正確，B項錯誤；沿電場方向上，電子束做勻變速直線運動，兩板間電壓增大，偏轉(zhuǎn)電場的場強增大，D項錯誤；電子所受電場力增大，因此加速度增大，由位移公式可知，電子在電場中側(cè)移量增大，由功的定義式可知，電場力做功增大，C項正確。 答案 AC,圖5,【例1】 (2015·江西南昌二模)如圖6所示，平行板電容器與電動勢為E的直流電源(內(nèi)阻不計)連接，下極板接地。一帶電油滴位于兩板中央的P點且恰好處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向下移動一小段距離，則( ),圖6 A.帶電油滴將沿豎直方向向上運動 B.帶電油滴將沿豎直方向向下運動 C.P點的電勢將降低 D.電容器的電容減小，電容器的帶電量將減小,答案 A,【拓展延伸】 (1)在【例1】中，試分析帶電油滴運動過程中電勢能和重力勢能之和如何變化。 (2)在【例1】中，若電容器充電穩(wěn)定后，斷開電源，試分析當電容器下極板豎直向上移動一小段距離后，帶電油滴將如何運動，其電勢能如何變化。 解析 (1)帶電油滴沿豎直方向向上運動的過程，只有電場力和重力做功，油滴的動能、重力勢能和電勢能的總和不變，油滴的動能增大，故電勢能和重力勢能之和減小。,答案 (1)見解析 (2)見解析,方法總結(jié) 兩類典型的動態(tài)變化分析,【變式訓練】 1.(2015·合肥質(zhì)檢)如圖7所示，M、N是兩塊水平放置的平行金屬板，R0為定值電阻，R1、R2為可變電阻，開關(guān)S閉合。質(zhì)量為m的帶正電的微粒從P點以水平速度v0射入金屬板間，沿曲線打在N板上的O點，若經(jīng)下列調(diào)整后，微粒仍從P點以水平速度v0射入，則關(guān)于微粒打在N板上的位置說法正確的是( ),圖7,A.保持開關(guān)S閉合，增大R1，微粒打在O點左側(cè) B.保持開關(guān)S閉合，增大R2，微粒打在O點左側(cè) C.斷開開關(guān)S，M極板稍微上移，微粒打在O點右側(cè) D.斷開開關(guān)S，M極板稍微下移，微粒打在O點右側(cè),解析 閉合開關(guān)，電路穩(wěn)定后，無電流通過電阻R2，故電容器兩極板間電壓與R0兩端電壓相同，故調(diào)整R2大小對兩板間電場無影響，B項錯誤；由電路連接情況可知，兩板間電場方向豎直向上，故帶正電微粒所受電場力方向豎直向上，電阻R0與R1串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律可知，增大R1，R0兩端電壓減小，兩極板間電壓減小，粒子所受電場力減小，故微粒所受合外力豎直向下，且增大，,答案 A,【例2】 在真空中水平放置平行板電容器，兩極板間有一個帶電油滴，電容器兩板間距為d，當平行板電容器的電壓為U0時，油滴保持靜止狀態(tài)，如圖8所示。當給電容器突然充電使其電壓增加ΔU1時，油滴開始向上運動；經(jīng)時間Δt后，電容器突然放電使其電壓減少ΔU2，又經(jīng)過時間Δt，油滴恰好回到原來位置。假設油滴在運動過程中沒有失去電荷，充電和放電的過程均很短暫，這段時間內(nèi)油滴的位移可忽略不計。重力加速度為g。求：,圖8,(1)帶電油滴所帶電荷量與質(zhì)量之比； (2)第一個Δt與第二個Δt時間內(nèi)油滴運動的加速度大小之比； (3)ΔU1與ΔU2之比。,規(guī)律方法 1.帶電體重力是否計入的判斷： (1)微觀粒子(如電子、質(zhì)子、離子等)和無特別說明的帶電粒子，一般都不計重力(并不是忽略質(zhì)量)； (2)帶電微粒(如油滴、液滴、塵埃、小球等)除有特別說明或暗示外，一般要考慮重力； (3)原則上，所有未明確交代的帶電體，都應根據(jù)題設運動狀態(tài)和過程，反推是否計重力(即隱含條件)。,2.帶電體在勻強電場中的直線運動問題的分析方法,【變式訓練】 2.(2016·安徽池州聯(lián)考)如圖9所示，勻強電場水平向左，帶正電的物體沿絕緣、粗糙水平板向右運動，經(jīng)A點時動能為100 J，到B點時動能減少到80 J，減少的動能中有12 J轉(zhuǎn)化為電勢能，則它再經(jīng)過B點時，動能大小是( ),圖9 A.4 J B.16 J C.32 J D.64 J,答案 B,【例3】 (多選) (2015·天津理綜，7)如圖10所示，氕核、氘核、氚核三種粒子從同一位置無初速地飄入電場線水平向右的加速電場E1之后進入電場線豎直向下的勻強電場E2發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在屏上。整個裝置處于真空中，不計粒子重力及其相互作用，那么( ),圖10,A.偏轉(zhuǎn)電場E2對三種粒子做功一樣多 B.三種粒子打到屏上時的速度一樣大 C.三種粒子運動到屏上所用時間相同 D.三種粒子一定打到屏上的同一位置,答案 AD,【變式訓練】 3.[帶電粒子的“電偏轉(zhuǎn)”](2014·山東理綜，18)如圖11所示，場強大小為E、方向豎直向下的勻強電場中有一矩形區(qū)域abcd，水平邊ab長為s，豎直邊ad長為h。質(zhì)量均為m、帶電量分別為＋q和－q的兩粒子，由a、c兩點先后沿ab和cd方向以速率v0進入矩形區(qū)(兩粒子不同時出現(xiàn)在電場中)。不計重力，若兩粒子軌跡恰好相切，則v0等于( ),圖11,答案 B,4.[帶電粒子的“電加速”＋“電偏轉(zhuǎn)”](2016·江蘇泰州姜堰區(qū)期中)如圖12所示，離子發(fā)生器發(fā)射一束質(zhì)量為m、電荷量為＋q的離子，從靜止經(jīng)PQ兩板間的加速電壓加速后，以初速度v0從a點沿ab方向進入一勻強電場區(qū)域，abcd所圍成的正方形是該勻強電場的邊界，已知ab長為L，勻強電場的方向與ad邊平行且由a指向d。,圖12,(1)求加速電壓U0； (2)若離子恰從c點飛離電場，求a、c兩點間的電勢差Uac； (3)若離子從abcd邊界上某點飛出時的動能為mv，求此時勻強電場的場強大小E。,1.(2015·新課標全國卷Ⅱ，14)如圖13，兩平行的帶電金屬板水平放置。若在兩板中間a點從靜止釋放一帶電微粒，微粒恰好保持靜止狀態(tài)，現(xiàn)將兩板繞過a點的軸(垂直于紙面)逆時針旋轉(zhuǎn)45°，再由a點從靜止釋放一同樣的微粒，該微粒將( ),圖13 A.保持靜止狀態(tài) B.向左上方做勻加速運動 C.向正下方做勻加速運動 D.向左下方做勻加速運動,解析 兩平行金屬板水平放置時，帶電微粒靜止有mg＝qE，現(xiàn)將兩板繞過a點的軸(垂直于紙面)逆時針旋轉(zhuǎn)45°后，兩板間電場強度方向逆時針旋轉(zhuǎn)45°，電場力方向也逆時針旋轉(zhuǎn)45°，但大小不變，此時電場力和重力的合力大小恒定，方向指向左下方，故該微粒將向左下方做勻加速運動，選項D正確。 答案 D,圖14 A.3∶2 B.2∶1 C.5∶2 D.3∶1,答案 A,3.(2016·浙江協(xié)作校期中)如圖15所示的實驗裝置中，平行板電容器兩極板的正對面積為S，兩極板的間距為d，電容器所帶電荷量為Q，電容為C，靜電計指針的偏轉(zhuǎn)角為α，平行板中間懸掛了一個帶電小球，懸線與豎直方向的夾角為θ，下列說法正確的是( ),圖15,A.若增大d，則α減小，θ減小 B.若增大Q，則α減小，θ不變 C.將A板向上提一些，α增大，θ增大 D.在兩板間插入云母片，則α減小，θ不變,答案 C,4.如圖16所示，平行板電容器上極板帶正電，從上極板的端點A點釋放一個帶電荷量為＋Q(Q＞0)的粒子，粒子重力不計，以水平初速度v0向右射出，當它的水平速度與豎直速度的大小之比為1∶2時，恰好從下端點B射出，則d與L之比為( ),圖16 A.1∶2 B.2∶1 C.1∶1 D.1∶3,答案 C,5.(2015·新課標全國卷Ⅱ，24)如圖17所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q(q＞0)的粒子在勻強電場中運動，A、B為其運動軌跡上的兩點。已知該粒子在A點的速度大小為v0，方向與電場方向的夾角為60°；它運動到B點時速度方向與電場方向的夾角為30°。不計重力。求A、B兩點間的電勢差。,圖17,小結(jié)巧記 1個概念——電容 2類問題——平行板電容器兩類動態(tài)分析問題 2種運動——帶電粒子在電場中的直線運動和偏轉(zhuǎn)運動 2種觀點——運動學與動力學觀點和功能觀點,