第3課時電容器帶電粒子在電場中的運動

1、第3課時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：由兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體組成。(2)帶電荷量：一個極板所帶電荷量的絕對值。(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異種電荷，電容器中儲存電場能。放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。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差U的比值。(2)定義式：C。(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)1 F106 F1012 pF3平行板電容器(1)影

2、響因素：平行板電容器的電容與極板的正對面積成正比，與電介質(zhì)的相對介電常數(shù)成正比，與極板間距離成反比。(2)決定式：C，k為靜電力常量。知識點二、帶電粒子在勻強電場中的運動1帶電粒子在電場中的加速帶電粒子沿與電場線平行的方向進入電場，帶電粒子將做加(減)速運動。有兩種分析方法：(1)用動力學(xué)觀點分析：a，E，v2v2ad。(2)用功能觀點分析：粒子只受電場力作用，電場力做的功等于物體動能的變化，qUmv2mv。2帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)(1)條件分析：帶電粒子垂直于電場方向進入勻強電場。(2)運動性質(zhì)：勻變速曲線運動。(3)處理方法：分解成相互垂直的兩個方向上的直線運動，類似于平拋運動。(4)

3、運動規(guī)律：沿初速度方向做勻速直線運動，運動時間沿電場力方向，做勻加速直線運動。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。思維深化判斷正誤，正確的畫“”，錯誤的畫“”。(1)電容器的電容與電容器所帶電荷量成反比。()(2)一個電容器的電荷量增加Q1.0106C時，兩

4、板間電壓升高10 V，則電容器的電容C1.0107F。()(3)放電后的電容器所帶電荷量為零，電容也為零。()題 組 自 測題組一電容器、電容及動態(tài)分析1(多選)有一只電容器的規(guī)格是“1.5 F,9 V”，那么()A這只電容器上的電荷量不能超過1.5105 CB這只電容器上的電荷量不能超過1.35105 CC這只電容器的額定電壓為9 VD這只電容器的擊穿電壓為9 V2.如圖2所示，設(shè)兩極板正對面積為S，極板間的距離為d，靜電計指針偏角為。實驗中，極板所帶電荷量不變，若()圖2A保持S不變，增大d，則變大B保持S不變，增大d，則變小C保持d不變，減小S，則變小D保持d不變，減小S，則不變題組二帶

5、電粒子在電場中的運動3.如圖3所示，電子由靜止開始從A板向B板運動，到達B板的速度為v，保持兩板間電壓不變，則()圖3A當減小兩板間的距離時，速度v增大B當減小兩板間的距離時，速度v減小C當減小兩板間的距離時，速度v不變D當減小兩板間的距離時，電子在兩板間運動的時間變長4. (多選)如圖4，平行板電容器的兩個極板與水平地面成一角度，兩極板與一直流電源相連。若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器，則在此過程中，該粒子()圖4A所受重力與電場力平衡 B電勢能逐漸增加C動能逐漸增加 D做勻變速直線運動5(多選)某同學(xué)設(shè)計了一種靜電除塵裝置，如圖5甲所示，其中有一長為L、寬為b、高為d的矩形通道

6、，其前、后面板為絕緣材料，上、下面板為金屬材料。圖乙是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定為U的高壓直流電源相連。帶負電的塵埃被吸入矩形通道的水平速度為v0，當碰到下板后其所帶電荷被中和，同時被收集。將被收集塵埃的數(shù)量與進入矩形通道塵埃的數(shù)量的比值，稱為除塵率。不計塵埃的重力及塵埃之間的相互作用。要增大除塵率，則下列措施可行的是()圖5A只增大電壓UB只增大長度LC只增大高度dD只增大塵埃被吸入的水平速度v0考點一平行板電容器的動態(tài)分析1分析比較的思路(1)確定不變量，分析是電壓不變還是所帶電荷量不變。(2)用決定式C分析平行板電容器電容的變化。(3)用定義式C分析電容器所帶電荷量或兩極板間電壓

7、的變化。(4)用E分析電容器極板間場強的變化。2常見類型【例1】 (多選)如圖6所示，兩塊較大的金屬板A、B相距為d，平行放置并與一電源相連，開關(guān)S閉合后，兩板間恰好有一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的油滴處于靜止狀態(tài)，以下說法正確的是()圖6A若將S斷開，則油滴將做自由落體運動，G表中無電流B若將A向左平移一小段位移，則油滴仍然靜止，G表中有ba的電流C若將A向上平移一小段位移，則油滴向下加速運動，G表中有ba的電流D若將A向下平移一小段位移，則油滴向上加速運動，G表中有ba的電流求解電容器動態(tài)分析問題的技巧(1)在電荷量保持不變的情況下，電場強度與板間的距離無關(guān)。(2)對平行板電容器的有關(guān)物理量Q

8、、E、U、C進行討論時，關(guān)鍵在于弄清哪些是變量，哪些是不變量，在變量中哪些是自變量，哪些是因變量，抓住C、QCU和E進行判定即可?！咀兪接?xùn)練】1如圖7所示，甲圖中電容器的兩個極板和電源的兩極相連，乙圖中電容器充電后斷開電源。在電容器的兩個極板間用相同的懸線分別吊起完全相同的小球，小球靜止時懸線和豎直方向的夾角均為，將兩圖中的右極板向右平移時，下列說法正確的是()圖7A甲圖中夾角減小，乙圖中夾角增大B甲圖中夾角減小，乙圖中夾角不變C甲圖中夾角不變，乙圖中夾角不變D甲圖中夾角減小，乙圖中夾角減小考點二帶電粒子(或物體)在電場中的直線運動【例2】 (2014安徽卷，22)如圖8所示，充電后的平行板電

9、容器水平放置，電容為C，極板間距離為d，上極板正中有一小孔。質(zhì)量為m，電荷量為q的小球從小孔正上方高h處由靜止開始下落，穿過小孔到達下極板處速度恰為零(空氣阻力忽略不計，極板間電場可視為勻強電場，重力加速度為g)。求：圖8(1)小球到達小孔處的速度；(2)極板間電場強度大小和電容器所帶電荷量；(3)小球從開始下落運動到下極板處的時間。帶電體在勻強電場中的直線運動問題的分析方法【變式訓(xùn)練】2.如圖9所示，板長L4 cm的平行板電容器，板間距離d3 cm，板與水平線夾角37，兩板所加電壓為U100 V。有一帶負電液滴，帶電荷量為q31010 C，以v01 m/s的水平速度自A板邊緣水平進入電場，在

10、電場中仍沿水平方向并恰好從B板邊緣水平飛出(取g10 m/s2，sin 0.6，cos 0.8)。求：圖9(1)液滴的質(zhì)量；(2)液滴飛出時的速度?？键c三帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)【例3】(2014北京海淀區(qū)期末試題)如圖10所示的裝置放置在真空中，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，金屬絲和豎直金屬板之間加一電壓U12 500 V，發(fā)射出的電子被加速后，從金屬板上的小孔S射出。裝置右側(cè)有兩個相同的平行金屬極板水平正對放置，板長l6.0 cm，相距d2 cm，兩極板間加以電壓U2200 V的偏轉(zhuǎn)電場。從小孔S射出的電子恰能沿平行于板面的方向由極板左端中間位置射入偏轉(zhuǎn)電場。已知電子的電荷量e1.61019

11、 C，電子的質(zhì)量m0.91030 kg，設(shè)電子剛離開金屬絲時的速度為0，忽略金屬極板邊緣對電場的影響，不計電子受到的重力。求：圖10(1)電子射入偏轉(zhuǎn)電場時的動能Ek；(2)電子射出偏轉(zhuǎn)電場時在豎直方向上的側(cè)移量y；(3)電子在偏轉(zhuǎn)電場運動的過程中電場力對它所做的功W?！咀兪接?xùn)練】3(2015山西省高三四校聯(lián)考)有一種電荷控制式噴墨打印機的打印頭的結(jié)構(gòu)簡圖如圖11所示。其中墨盒可以噴出極小的墨汁微粒，此微粒經(jīng)過帶電室后以一定的初速度垂直射入偏轉(zhuǎn)電場，再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場后打到紙上，顯示出字符。已知偏移量越小打在紙上的字跡越小，現(xiàn)要縮小字跡，下列措施可行的是()圖11A增大墨汁微粒的比荷B減小墨汁微粒進

12、入偏轉(zhuǎn)電場時的初動能C減小偏轉(zhuǎn)極板的長度D增大偏轉(zhuǎn)極板間的電壓基本技能練1.如圖1所示，先接通S使電容器充電，然后斷開S。當增大兩極板間距離時，電容器所帶電荷量Q、電容C、兩極板間電勢差U、兩極板間場強E的變化情況是()圖1AQ變小，C不變，U不變，E變小BQ變小，C變小，U不變，E不變CQ不變，C變小，U變大，E不變DQ不變，C變小，U變小，E變小2. (2014安徽六校聯(lián)考)如圖2所示，六面體真空盒置于水平面上，它的ABCD面與EFGH面為金屬板，其他面為絕緣材料。ABCD面帶正電，EFGH面帶負電。從小孔P沿水平方向以相同速度射入三個質(zhì)量相同的帶正電液滴A、B、C，最后分別落在1、2、3

13、三點。則下列說法正確的是()圖2A三個液滴在真空盒中都做平拋運動B三個液滴的運動時間不一定相同C三個液滴落到底板時的速率相同D液滴C所帶電荷量最多3(多選)2015廣州市綜合測試(一)如圖3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3A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4.如圖4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)?，F(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離，則()圖4A帶電油滴將沿

14、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電容器的電容減小，而極板帶電荷量將增大5. (多選)(2014長春模擬)如圖5所示，在正方形ABCD區(qū)域內(nèi)有平行于AB邊的勻強電場，E、F、G、H是各邊中點，其連線構(gòu)成正方形，其中P點是EH的中點。一個帶正電的粒子(不計重力)從F點沿FH方向射入電場后恰好從D點射出。下列說法正確的是()圖5A粒子的運動軌跡一定經(jīng)過P點B粒子的運動軌跡一定經(jīng)過PE之間某點C若將粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼囊话?，粒子會由E、D之間某點(不含E、D)射出正方形ABCD區(qū)域D若將粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼囊话耄Ｗ忧『糜蒃點射出正方形ABCD區(qū)域6. (多選)如圖6所

15、示，水平放置的平行板電容器，上板帶負電，下板帶正電，斷開電源，帶電小球以速度v0水平射入電場，且沿下板邊緣飛出。若下板不動，將上板上移一小段距離，小球仍以相同的速度v0從原處飛入，則帶電小球()圖6A將打在下板中央B仍沿原軌跡運動由下板邊緣飛出C不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿直線運動D若上板不動，將下板上移一段距離，小球可能打在下板的中央7.如圖7所示，在豎直向上的勻強電場中，一根不可伸長的絕緣細繩的一端系著一個帶電小球，另一端固定于O點，小球在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，最高點為a，最低點為b。不計空氣阻力，則下列說法正確的是()圖7A小球帶負電B電場力跟重力平衡C小球在從a點運動到b點的過程中，電勢能減少D

16、小球在運動過程中機械能守恒8. (多選)美國物理學(xué)家密立根通過研究平行板間懸浮不動的帶電油滴，比較準確地測定了電子的電荷量。如圖8，平行板電容器兩極板M、N相距d，兩極板分別與電壓為U的恒定電源兩極連接，極板M帶正電?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電油滴在極板中央處于靜止狀態(tài)，且此時極板帶電荷量與油滴帶電荷量的比值為k，則()圖8A油滴帶電荷量為B電容器的電容為C將極板M向下緩慢移動一小段距離，油滴將向上運動D將極板N向下緩慢移動一小段距離，油滴將向上運動能力提高練9. (多選)(2014長春市調(diào)研測試)有三個質(zhì)量相等，分別帶正電、負電和不帶電的小球，從左上同一點以相同的水平速度先后射入勻強電場中，A、B、C三個小球的運動軌跡如圖9所示，A、B小球運動軌跡的末端處于同一豎直線上，則如圖運動軌跡對應(yīng)的過程()圖9A小球A帶負電，B不帶電，C帶正電B三小球運動的時間tAtBtCC小球B和小球C的末動能可能相等D小球A和小球C的電勢能變化絕對值可能相等10(多選)如圖10所示，一個電荷量為Q(Q0)的點電荷甲，固定在粗糙絕緣水平面上的O點，另一個電荷量為q(q0)、質(zhì)量為m的點電荷乙，從A點以初速度v0沿它們的連線向甲運動，到B點時速度減小到最小值v。已知點電荷乙與水平面間的動摩擦因數(shù)為，A、B間距離為L0，靜電力常量為k，則下列說法中正確的是()圖10AO、B間的距離為B在點電荷甲產(chǎn)生的電