第三課時電容帶電粒子在電場中的運動.

1、第三課時電容帶電粒子第三課時電容帶電粒子在電場中的運動在電場中的運動 在靜電屏蔽現(xiàn)象中，金屬網(wǎng)罩可以使罩內(nèi)不受外界 的影響如果把金屬罩還可以使罩內(nèi)的帶電體對外界不發(fā)生影響電場電場接地接地 1電容器 (1)組成：兩個彼此 且又 的導(dǎo)體 (2)帶電荷量：一個極板所帶電荷量的 2電容 (1)定義：電容器所帶的與電容器兩極板間的的比值 (2)意義：表示電容器容納電荷 的物理量 (3)定義式：C (4)單位：1法拉(F) 微法(F) 皮法(pF)互相靠近互相靠近絕對值絕對值電荷量電荷量電勢差電勢差本領(lǐng)本領(lǐng)1061012絕緣絕緣 3平行板電容器的電容 (1)決定因素 平行板電容器的電容C跟板間電介質(zhì)的介電

2、常數(shù)成，跟正對面積S成，跟極板間的距離d成 (2)決定式：C (3)熟記兩點 保持兩極板與電源相連，則電容器兩極板間不變 充電后斷開電源，則電容器的不變正比正比正比正比反比反比電壓電壓電荷量電荷量 1運動性質(zhì) 帶電粒子沿與電場線平行的方向進入勻強電場中，受到的電場力方向與運動方向上，做勻變速直線運動 2分析方法 (1)用勻變速直線運動的規(guī)律(電場必須是勻強電場)：在一條直線在一條直線 (2)用功能觀點 粒子只受電場力作用，其動能的變化等于電場力對它做的功 研究帶電粒子在電場中的運動時，是否考慮重力要依據(jù)具體情況而定： (1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、離子等，除有說明或有明確的暗示以外，一般

3、都不考慮重力 (2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力 1運動性質(zhì) 不計重力的帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強電場時，受到與初速度方向垂直的電場力作用而做運動(類平拋運動)方向方向勻變速曲線勻變速曲線 2分析方法 (1)處理方法 類平拋運動可分解為沿初速度方向的運動和垂直初速度方向的初速度為零的勻速直線勻速直線勻加速直線運動勻加速直線運動 (2)有關(guān)物理量 如下圖所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子以初速度v0沿中軸線射入 在垂直場強方向做勻速運動：vxv0， 穿越電場時間：t. 在電場方向做勻加速直線運動：a 離開電場時y方向分速度：

4、vyat 離開電場時y方向上的位移：yat2 離開電場時偏轉(zhuǎn)角的正切值：tan l/v0 1.1使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器的箔片張開下列各圖表示驗電器上感應(yīng)電荷的分布情況，正確的是() 【解析】使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，若金屬球帶正電，靠近驗電器，驗電器上的小球帶負(fù)電，下端金屬箔帶等量的正電，金屬箔張開，選項A、C均錯誤；若金屬球帶負(fù)電，驗電器上的小球帶正電，下端金屬箔帶等量的負(fù)電，金屬箔張開，選項B正確，D錯誤 【答案】B 21電子線路上有一個已充電的電容器，若使它的電荷量減少3106 C，則其電壓降為原電壓的 下列說法正確的是() A電容器原來

5、的電荷量是9106 C B電容器原來的電荷量是4.5106 C C電容器原來的電壓可能是5 V D電容器原來的電壓可能是5107 V 【答案】BC 22 如下圖所示，A、B為兩塊豎直放置的平行金屬板，G是靜電計，開關(guān)S合上后，靜電計指針張開一個角度下述做法可使指針張角增大的是() A使A、B兩板靠近些 B使A、B兩板正對面積錯開些 C斷開S后，使B板向左平移減小板間距 D斷開S后，使A、B板錯位正對面積減小【答案】D 【解析】本題考查平行板電容器的性質(zhì)及兩類問題由于靜電計的金屬球與A板等勢，外殼與B板等勢(電勢都為零)，因此靜電計測量的是電容器兩板間的電壓，如果S一直閉合，則兩板間的電壓始終等

6、于電源的電動勢，靜電計的張角不會改變，A、B項錯誤；如果使開關(guān)S斷開，電容器上帶電量一定，由U 可知，當(dāng)兩板間的距離減小時，U變小，靜電計的張角變小，C項錯誤；當(dāng)兩板間的正對面積減小，則兩板間的電壓增大，靜電計的張角增大，D項正確本題難度中等 【答案】D 31在勻強電場中，將質(zhì)子和粒子由靜止釋放，若不計重力，當(dāng)它們獲得相同動能時，質(zhì)子經(jīng)歷時間t1與粒子經(jīng)歷的時間t2之比為() A1 1 B1 2 C2 1 D4 1 【解析】設(shè)粒子由v00經(jīng)勻強電場E加速后的末速度為v，則由牛頓第二定律有【答案答案】B 41如下圖所示，在真空中帶電粒子P1和P2先后以相同的初速度從O點射入勻強電場，它們的初速度

7、垂直于電場強度方向，偏轉(zhuǎn)之后分別打在B、C點，且ABBC，P1所帶電荷量為P2的3倍，則P1、P2的質(zhì)量之比m1m2為() A3 2B2 3 C4 3 D3 4 【解析】設(shè)OA高度為h，場強為E，初速度為v0.P1、P2的運動都為類平拋運動，在豎直方向： 【答案答案】D 1某電容器上標(biāo)有“25 F450 V”字樣，下列對該電容器的說法正確的是() A要使該電容器兩極板之間電壓增加1 V，所需電荷量為2.5105 C B要使該電容器帶電荷量1 C，兩極板之間需加電壓2.5105 V C該電容器能夠容納的電荷量最多為2.5105 C D該電容器能夠承受的最大電壓為450 V 【解析】由電容器電容的

8、定義CQ/U可得，CQ/U，QCU，要使該電容器兩極板之間電壓增加U1 V，所需電荷量為Q2.5105 C，A正確，B錯誤；該電容器能夠容納的電荷量最多為QCU2.51054501.125102 C，C錯誤；電容器上所標(biāo)的450 V是電容器的額定電壓，是電容器長期工作時所能隨受的電壓，低于擊穿電壓，該電容器能夠承受的最大電壓大于450 V，D錯誤 【答案】A 二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題 1如下圖所示作粒子速度的反向延長線，與初速度方向交于O點，O點與電場邊緣的距離為x，則 結(jié)論：不論帶電粒子的m、q如何，只要經(jīng)過同一加速電場加速，再垂直進入同一偏轉(zhuǎn)電場，它們飛出電場時的偏移量y和偏轉(zhuǎn)角都是相同的，

9、也就是軌跡完全重合 2幾種不同的正離子都從靜止開始經(jīng)一定的電勢差加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場已知它們在電場中的偏轉(zhuǎn)軌跡完全相同，則() A它們是經(jīng)相同的電勢差加速后射入的 B被加速后它們一定具有相同的速度 C被加速后它們一定具有相同的動能 D它們射出偏轉(zhuǎn)電場時速度一定相同 【答案】A 平行板電容器的兩極板A、B接于電池兩極，一帶正電小球懸掛在電容器內(nèi)部閉合開關(guān)S，電容器充電，這時懸線偏離豎直方向的夾角為，如下圖所示，則() A保持開關(guān)S閉合，帶正電的A板向B板靠近，則增大 B保持開關(guān)S閉合，帶正電的A板向B板靠近，則不變 C開關(guān)S斷開，帶正電的A板向B板靠近，則增大 D開關(guān)S斷開，帶正電的A板

10、向B板靠近，則不變 【答案】AD 11：兩塊大小、形狀完全相同的金屬平板平行放置，構(gòu)成一平行板電容器，與它相連接的電路如下圖所示，接通開關(guān)K，電源即給電容器充電() A保持K接通，減小兩極板間的距離，則兩極板間電場的電場強度減小 B保持K接通，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則極板上的電荷量增大 C斷開K，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢差減小 D斷開K，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則兩極板間的電勢差增大 【解析】保持K接通則兩極板間電勢差U不變，減小兩極板間的距離d時，根據(jù)電場強度公式EU/d，兩極板間電場的電場強度將要變大，A錯誤；根據(jù)平行板電容器電容的定義式和決定式，可得C 當(dāng)在兩極板間插入一塊

11、介質(zhì)時，介電常數(shù)變大，導(dǎo)致電容C變大，而U不變，所以極板上的電荷量增大，B正確；同時，斷開K時極板上的電荷量Q不變，減小兩極板間的距離d時電容C變大，則電勢差U一定變小，C正確；如果在兩極板間插入一塊介質(zhì)則C變大，Q不變則電勢差U一定減小，D錯誤本題正確選項是B、C. 【答案】BC如圖所示，M、N為兩塊水平放置的平行金屬板，板長為l，兩板間的距離也為l，板間電壓恒定今有一帶電粒子(重力不計)以一定的初速度沿兩板正中間垂直進入電場，最后打在距兩平行板右端距離為l的豎直屏上粒子落點距O點的距離為.若大量的上述粒子(與原來的初速度一樣，并忽略粒子間相互作用)從MN板間不同位置垂直進入電場試求這些粒子

12、打到豎直屏上的范圍并在圖中畫出偏轉(zhuǎn)問題的分析處理方法 帶電粒子垂直進入勻強電場后的偏轉(zhuǎn)，和重物在重力場中的平拋運動很相似，可以用類比的方法來學(xué)習(xí)電場中的類平拋運動 (1)類似于平拋運動的分析處理，應(yīng)用運動的合成和分解的知識 (2)從力學(xué)的觀點和能量的觀點著手，按力學(xué)問題的分析法加以分析，分析帶電粒子在運動過程中其他形式的能和動能之間的轉(zhuǎn)化過程時，可應(yīng)用動能定理，也可以用能量守恒定律21：如下圖所示，M、N是豎直放置的兩平行金屬板，分別帶等量異種電荷，兩極間產(chǎn)生一個水平向右的勻強電場，場強為E，一質(zhì)量為m、電量為q的微粒，以初速度v0豎直向上從兩極正中間的A點射入勻強電場中，微粒垂直打到N極上的

13、C點，已知ABBC.不計空氣阻力，則可知 ()【答案答案】B (2009年福建卷)如下圖甲，在水平地面上固定一傾角為的光滑絕緣斜面，斜面處于電場強度大小為E、方向沿斜面向下的勻強電場中一勁度系數(shù)為k的絕緣輕質(zhì)彈簧的一端固定在斜面底端，整根彈簧處于自然狀態(tài)一質(zhì)量為m、帶電量為q(q0)的滑塊從距離彈簧上端為s0處靜止釋放，滑塊在運動過程中電量保持不變，設(shè)滑塊與彈簧接觸過程沒有機械能損失，彈簧始終處在彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為g. (1)求滑塊從靜止釋放到與彈簧上端接觸瞬間所經(jīng)歷的時間t1； (2)若滑塊在沿斜面向下運動的整個過程中最大速度大小為vm，求滑塊從靜止釋放到速度大小為vm的過程中彈簧

14、的彈力所做的功W； (3)從滑塊靜止釋放瞬間開始計時，請在乙圖中畫出滑塊在沿斜面向下運動的整個過程中速度與時間關(guān)系vt圖象圖中橫坐標(biāo)軸上的t1、t2及t3分別表示滑塊第一次與彈簧上端接觸、第一次速度達到最大值及第一次速度減為零的時刻，縱坐標(biāo)軸上的v1為滑塊在t1時刻的速度大小，vm是題中所指的物理量(本小題不要求寫出計算過程) (3)如下圖 處理帶電體在復(fù)合場中運動問題的方法 (1)由于帶電微粒在勻強電場中所受電場力與重力都是恒力，因此其處理方法可用正交分解法 先將復(fù)雜的運動分解為兩個互相正交的簡單的直線運動，而這兩個直線運動的規(guī)律我們可以掌握，然后再按運動合成的觀點，去求出復(fù)雜運動的相關(guān)物理

15、量 (2)用能量觀點處理帶電粒子在復(fù)合場中的運動 從功能觀點出發(fā)分析帶電粒子的運動問題時：在對帶電粒子受力情況和運動情況進行分析的基礎(chǔ)上，再考慮應(yīng)用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律(動能定理、動量守恒、能量轉(zhuǎn)化守恒定律等)解題 31：足夠長的粗糙絕緣板A上放一個質(zhì)量為m、電荷量為q的小滑塊B.用手托住A置于方向水平向左、場強大小為E的勻強電場中，此時A、B均能靜止，如下圖所示，現(xiàn)將絕緣板A從圖中位置P垂直電場線移至位置Q，發(fā)現(xiàn)小滑塊B相對A發(fā)生了運動為研究方便可以將絕緣板A的運動簡化成先勻加速接著勻減速到靜止的過程測量發(fā)現(xiàn)豎直方向加速的時間為0.8 s，減速的時間為0.2 sP、Q位置高度差為0.5 m已知勻強電場

16、的場強E ，A、B之間動摩擦因數(shù)0.4，g取10 m/s2.求： (1)絕緣板A加速和減速的加速度分別為多大？ (2)滑塊B最后停在離出發(fā)點水平距離多大處？ 【解析】(1)設(shè)絕緣板A勻加速和勻減速的加速度大小分別為a1和a2，勻加速和勻減速的時間分別為t1和t2，P、Q高度差為h，則有 a1t1a2t2求得求得a11.25 m/s2，a25 m/s2. (2)研究滑板B，在絕緣板A勻減速的過程中，由牛頓第二定律可得 豎直方向上mgFNma2 水平方向上EqFNma3 求得a30.1g1 m/s2 在這個過程中滑板B的水平位移大小為 在絕緣板A靜止后，滑板B將沿水平方向做勻減速運動，設(shè)加速度大小

17、為a4，有 mgEqma4，得a40.1g1 m/s2 該過程中滑板B的水平位移大小為x4x30.02 m 最后滑板B靜止時離出發(fā)點的水平距離 xx4x30.04 m. 【答案】(1)1.25 m/s25 m/s2(2)0.04 m 1.如右圖所示，在某一真空中，只有水平向右的勻強電場E和豎直向下的重力場g，在豎直平面內(nèi)有初速度為v0的帶電微粒，恰能沿圖示直線由A向B直線前進那么() A微粒帶正、負(fù)電荷都有可能 B微粒做勻減速直線運動 C微粒做勻速直線運動 D微粒做勻加速直線運動 【解析】由帶電微粒恰能沿圖示直線由A向B直線前進可知微粒所受的合外力一定沿圖示直線方向，微粒所受的重力方向豎直向下

18、，則所受電場力方向一定向左，所以微粒一定帶負(fù)電，且合外力方向與初速度方向相反，微粒做勻減速直線運動，B正確 【答案】B 2(2009年福建卷)如圖所示，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電容器中的P點且恰好處于平衡狀態(tài)現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離() A帶電油滴將沿豎直方向向上運動 BP點的電勢將降低 C帶電油滴的電勢能將減小 D若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大 油滴將沿豎直方向向下運動，故A項錯誤；場強E場減小時，P點到電勢為零的負(fù)極板的距離dp沒變，由UpE場dp，P點的電勢將降低，故選項B正確；由油滴所受電場力方向可知，油

19、滴帶負(fù)電，油滴在P點的電勢能pqp, 降低p，qp的絕對值減小，則油滴的電勢能增大，故選項C錯誤；由電容的定義式C U不變C減小時，Q要減小，故選項D錯誤 【答案】B 3如圖所示，在粗糙的斜面上固定一點電荷Q，在M點無初速度地釋放帶有恒定電荷的小物塊，小物塊在Q的電場中沿斜面運動到N點靜止，則從M到N的過程中() A小物塊所受的電場力減小 B小物塊的電勢能可能增加 C小物塊電勢能變化量的大小一定小于克服摩擦力作的功 DM點的電勢一定高于N點電勢 【解析】Q為點電荷，由于M點距點電荷Q的距離比N點小，所以小物塊在N點所受到的電場力小于在M點受到的電場力，選項A正確由小物塊的初、末狀態(tài)可知，小物塊從M到N的過程先加速再減速，而重力和摩擦力均為恒力，所以電荷間的庫侖力為斥力，電場力做正功，電勢能減小，選項B錯誤由功能關(guān)系可知，克服摩擦力做的功等于電勢能的減少量和重力勢能的減少量之和，故選項C正確因不知Q和物塊的電性，無法判斷電勢高低，選