高考總復(fù)電容器與電容 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P113)一、靜電現(xiàn)象的解釋(Ⅰ)1．靜電平衡(1)概念：導(dǎo)體中(包括表面)沒(méi)有電荷的定向移動(dòng)的狀態(tài)．2．靜電現(xiàn)象的應(yīng)用(1)靜電屏蔽：處于靜電平衡的空腔導(dǎo)體，腔外電場(chǎng)對(duì)腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響．(2)尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和的現(xiàn)象．問(wèn)題探究1

處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部不存在電場(chǎng)嗎？[提示]

處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部存在兩個(gè)電場(chǎng)，即施感電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)，且其合場(chǎng)強(qiáng)為零．[提示]

因電容器中間夾有絕緣體，因此兩極板間距離實(shí)際上是極板間絕緣體的厚度．當(dāng)在電容器極板間插入一定厚度的金屬導(dǎo)體后，兩極板間距離雖不變，但絕緣體厚度變小，因而C增大．2．帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)(1)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：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)時(shí)，受到恒定的與初速度方向垂直的電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)．(2)處理方法：類(lèi)似于平拋運(yùn)動(dòng)的處理，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的方法．①沿初速度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t＝l/v0.②沿電場(chǎng)力方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，問(wèn)題探究3

在電場(chǎng)中只要是帶電粒子就一定不計(jì)重力嗎？[提示]

一般情況只要是帶電粒子，就不計(jì)重力，但不完全是這樣，有時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況分析．四、示波管(Ⅰ)1．構(gòu)造：如下圖所示，①電子槍?zhuān)谄D(zhuǎn)電極，③熒光屏．

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沿直線傳播，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)器自身的鋸齒形電壓，叫做掃描電壓.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)變化的圖象．(2010·重慶理綜)某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板．對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)．在P、Q間距增大過(guò)程中(

)A．P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低D．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高[答案]

D如右圖所示一束帶電粒子(不計(jì)重力)，垂直電場(chǎng)線方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，試討論在以下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件，才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角φ.(U、d、l保持不變)(1)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的速度相同；(2)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的動(dòng)能相同；(3)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的動(dòng)量相同；(4)先由同一加速電場(chǎng)加速后，再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)．可見(jiàn)，在(4)的條件下，不論帶電粒子的m、q如何，只要經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)加速，再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，它們飛出電場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度φ都是相同的．(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P115)題型一平行板電容器的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析方法

(4)動(dòng)態(tài)分析如下表在分析平行板電容器的動(dòng)態(tài)問(wèn)題時(shí)，一定要分清是電壓不變還是電荷量不變．[嘗試解答]

保持S閉合的分析：因?yàn)榈冖俜N情況下兩板間電壓U不變，所以電場(chǎng)強(qiáng)度E＝U/d，只有d減小，E增大，電場(chǎng)力增大，帶電微粒才向上運(yùn)動(dòng)打到上極板M上，故可以通過(guò)下移極板M或者上移極板N來(lái)實(shí)現(xiàn)，選項(xiàng)A錯(cuò)，B正確；[答案]

BA．U2＝U1，E2＝E1

B．U2＝2U1，E2＝4E1C．U2＝U1，E2＝2E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1例2(15分)(2011·福建卷)反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團(tuán)在電場(chǎng)中的振蕩來(lái)產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過(guò)程類(lèi)似．如圖所示，在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，一帶電微粒從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始，在電場(chǎng)力作用下沿直線在A、B兩點(diǎn)間往返運(yùn)動(dòng)．已知電場(chǎng)強(qiáng)度的大小分別是E1＝2.0×103N/C和E2＝4.0×103N/C，方向如圖所示．帶電微粒質(zhì)量m＝1.0×10－20kg，帶電荷量q＝－1.0×10－9C，A點(diǎn)距虛線MN的距離d1＝1.0cm，不計(jì)帶電微粒的重力，忽略相對(duì)論效應(yīng)．求：(1)B點(diǎn)距虛線MN的距離d2；(2)帶電微粒從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間t.(2)設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)的加速度大小分別為a1、a2，由牛頓第二定律有________＝ma1③(2分)________＝ma2④(2分)設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為t1、t2，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有d1＝________⑤(2分)d2＝________⑥(2分)又t＝t1＋t2⑦(2分)由②③④⑤⑥⑦式解得t＝1.5×10－8s．(1分)討論帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)(加速或減速)的方法：(1)能量方法——能量守恒定律；(2)功能關(guān)系——?jiǎng)幽芏ɡ恚?3)力和加速度方法——牛頓運(yùn)動(dòng)定律，勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式．如圖所示，a、b、c為質(zhì)量均為m(可視為質(zhì)點(diǎn))的完全相同的三個(gè)金屬小球，處于豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E＝3mg/q，a、b、c三球在同一豎直線上，且ca＝ab＝L，b球所帶電荷量為＋q，a、c均不帶電，若b、c兩球始終不動(dòng)，a球由靜止釋放，以后a球分別與b、c兩球多次發(fā)生相碰，則經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后(碰撞過(guò)程中機(jī)械能無(wú)損失，且每次碰撞后兩球所帶電荷量相等，不計(jì)電荷間的庫(kù)侖力，電荷q對(duì)勻強(qiáng)電場(chǎng)的影響可忽略)(1)b球的電荷量是多少？(2)a球與c球第一次相碰前速度為多大？(3)a球在b、c間運(yùn)動(dòng)的最大速度是多大？題型三帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一類(lèi)問(wèn)題，是近幾年高考中考查的重點(diǎn)內(nèi)容之一．尤其是在力、電綜合試題中，多把電場(chǎng)與牛頓定律、動(dòng)能定理、功能關(guān)系、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)、電路知識(shí)等巧妙地綜合起來(lái)，考查學(xué)生對(duì)這些基本知識(shí)、基本規(guī)律的理解和掌握的情況，應(yīng)用基本知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力．縱觀這類(lèi)題目，所涉及的情景基本相同(無(wú)外乎是帶電粒子在電場(chǎng)中平衡、加速或偏轉(zhuǎn))，在處理這類(lèi)問(wèn)題時(shí)，要善于聯(lián)系力學(xué)中的物理模型，借助力學(xué)模型，從受力情況、運(yùn)動(dòng)情況、能量轉(zhuǎn)移等角度去分析，將力學(xué)中處理問(wèn)題的方法遷移到電場(chǎng)中去，問(wèn)題就會(huì)變得比較容易解決．

例3(19分)(2011·浙江卷)如圖甲所示，靜電除塵裝置中有一長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為b、高為d的矩形通道，其前、后面板使用絕緣材料，上、下面板使用金屬材料．圖乙是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定的高壓直流電源相連．質(zhì)量為m、電荷量為－q、分布均勻的塵埃以水平速度v0進(jìn)入矩形通道，當(dāng)帶負(fù)電的塵埃碰到下板后其所帶電荷被中和，同時(shí)被收集．通過(guò)調(diào)整兩板間距d可以改變收集效率η.當(dāng)d＝d0時(shí)，η為81%(即離下板0.81d0范圍內(nèi)的塵埃能夠被收集)．不計(jì)塵埃的重力及塵埃之間的相互作用．(1)求收集效率為100%時(shí)，兩板間距的最大值dm；(2)求收集效率η與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系；(3)若單位體積內(nèi)的塵埃數(shù)為n，求穩(wěn)定工作時(shí)單位時(shí)間下板收集的塵埃質(zhì)量ΔM/Δt與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系，并繪出圖線．[思路誘導(dǎo)]

審題過(guò)程中首先要看懂圖甲所示的靜電除塵裝置的原理圖，此原理實(shí)際上利用了帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)讓帶電塵埃出去．要在審題之后建立起類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的模型，從而利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的知識(shí)來(lái)解答問(wèn)題．審題時(shí)還要著重理解“收集效率、單位時(shí)間下板收集的塵埃質(zhì)量ΔM/Δt”的含義．(2011·泰州模擬)如右圖所示，在兩條平行的虛線內(nèi)存在著寬度為L(zhǎng)、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在與右側(cè)虛線相距也為L(zhǎng)處有一與電場(chǎng)平行的屏.現(xiàn)有一電荷量為＋q、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力不計(jì))，以垂直于電場(chǎng)線方向的初速度v0射入電場(chǎng)中，v0方向的延長(zhǎng)線與屏的交點(diǎn)為O.試求：(1)粒子從射入到打到屏上所用的時(shí)間；(2)粒子剛射出電場(chǎng)時(shí)的速度方向與初速度方向間夾角的正切值tanα；(3)粒子打到屏上的點(diǎn)P到O點(diǎn)的距離s.(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P117)易錯(cuò)點(diǎn)1：對(duì)電容器的動(dòng)態(tài)分析不全面如圖所示，C為中間插有電介質(zhì)的電容器，a和b為其兩極板，a板接地；P和Q為兩豎直放置的平行金屬板，在兩板間用絕緣線懸掛一帶電小球；P板與b板用導(dǎo)線相連，Q板接地．開(kāi)始時(shí)懸線靜止在豎直方向，在b板帶電后，懸線偏轉(zhuǎn)了角度α.在以下方法中，能使懸線的偏角α變大的是(

)A．縮小a、b間的距離B．加大a、b間的距離C．取出a、b兩極板間的電介質(zhì)D．換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì)[易錯(cuò)分析]

做題時(shí)沒(méi)有審清題意，對(duì)電容器的性質(zhì)理解不透徹，判斷不出本題電容器帶電量不變，不能與力學(xué)中的平衡知識(shí)靈活結(jié)合解題，從而錯(cuò)選AD.用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素(如圖)．設(shè)兩極板正對(duì)面積為S，極板間的距離為d，靜電計(jì)指針偏角為θ.實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若(

)A．保持S不變，增大d，則θ變大B．保持S不變，增大d，則θ變小C．保持d不變，減小S，則θ變小D．保持d不變，減小S，則θ不變[答案]

A易錯(cuò)點(diǎn)2：對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成、分解理解不透徹在電場(chǎng)方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一帶電小球從A點(diǎn)豎直向上拋出，其運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示．小球運(yùn)動(dòng)的軌跡上A、B兩點(diǎn)在同一水平線上，M為軌跡的最高點(diǎn)．小球拋出時(shí)的動(dòng)能為8.0J，在M點(diǎn)的動(dòng)能為6.0J，不計(jì)空氣的阻力．求：(1)小球水平位移x1與x2的比值；(2)小球所受電場(chǎng)力F的大小與重力G的比值；(結(jié)果可用根式表示)(3)小球落到B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能EkB.[易錯(cuò)分析]

本題錯(cuò)誤的主要原因?yàn)椋?1)對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成與分解理解不透徹；(2)對(duì)矢量與標(biāo)量及運(yùn)算法則掌握不牢固．錯(cuò)解如下：(1)小球在上升、下降過(guò)程中時(shí)間相等，有些同學(xué)錯(cuò)誤地認(rèn)為小球在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，小球水平位移x1與x2的比值為1∶1.[正確解答]

(1)小球在豎直方向做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，水平方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，A→M和M→B的豎直分運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同．水平分運(yùn)動(dòng)時(shí)間也相同．水平方向是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，相鄰相等時(shí)間內(nèi)位移比為1∶3∶5∶…則x1∶x2＝1∶3.運(yùn)動(dòng)的合成與分解是我們解決運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的重要方法，合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性，各分運(yùn)動(dòng)具有獨(dú)立性，我們?cè)诮忸}時(shí)一般把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)分別進(jìn)行計(jì)算．注意矢量與標(biāo)量合成的不同，矢量根據(jù)平行四邊形定則進(jìn)行合成，標(biāo)量求的是代數(shù)和．真空中存在空間范圍足夠大的、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)．在電場(chǎng)中，若將一個(gè)質(zhì)量為m、帶正電的小球由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球的速度方向與豎直方向的夾角為37°(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)．現(xiàn)將該小球從電場(chǎng)中某點(diǎn)以初速度v0豎直向上拋出．求運(yùn)動(dòng)過(guò)程中：(1)小球受到的電場(chǎng)力的大小及方向：(2)小球從拋出點(diǎn)至最高點(diǎn)的電勢(shì)能的變化量；(3)小球最小速度的大小及方向．(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P117)1．(2011·武漢模擬)如圖所示，矩形區(qū)域ABCD內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩個(gè)帶正電的粒子a和b以相同的水平速度射入電場(chǎng)，粒子a由頂點(diǎn)A射入，從BC的中點(diǎn)P射出，粒子b由AB的中點(diǎn)O射入，從頂點(diǎn)C射出．若不計(jì)重力，則a和b的比荷(即粒子的電荷量與質(zhì)量之比)是(

)A．1∶2

B．2∶1C．1∶8 D．8∶1[答案]

D2．(2011·廈門(mén)模擬)如圖所示，A板發(fā)出的電子經(jīng)加速后，水平射入水平放置的兩平行金屬板間，金屬板間所加的電壓為U，電子最終打在光屏P上，關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)，則下列說(shuō)法中正確的是(

)A．滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)時(shí)，其他不變，則電子打在熒光屏上的位置上升B．滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，其他不變，則電子打在熒光屏上的位置上升C．電壓U增大時(shí)，其他不變，則電子