電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動

高三物理高考復(fù)習(xí)

第8章靜電場第3講電容器帶電粒子在電場中的運動

電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動基礎(chǔ)知識梳理一、電容器、電容1．電容器(1)組成：由兩個彼此_____又相互_____的導(dǎo)體組成．(2)帶電量：一個極板所帶電量的_______(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電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動2．電容(1)定義式：_______(2)單位：法拉(F)，1F＝____μF＝1012pF3．平行板電容器(1)影響因素：平行板電容器的電容與_________成正比，與介質(zhì)的__________成正比，與兩極板間_____成反比．106正對面積介電常數(shù)距離電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動(2)決定式：C＝，k為靜電力常量．①保持兩極板與電源相連，則電容器兩極板間______不變．②充電后斷開電源，則電容器所帶的_______不變．特別提示：(1)電容器的電容大小是由本身的特性決定的，與極板間電壓以及電容器帶電多少、帶不帶電荷無關(guān)．(2)電容器充、放電時，電流的方向可以由正電荷定向移動的方向來確定．電壓電荷量電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動二、帶電粒子在電場中的運動1．帶電粒子在電場中的加速(1)處理方法：利用動能定理：qU＝____________(2)適用范圍：__________．2．帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子以垂直勻強電場的場強方向進入電場后，做類平拋運動，軌跡為拋物線．垂直于場強方向做__________運動：vx＝v0，x＝v0t.任何電場勻速直線電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動平行于場強方向做初速度為零的___________運動：勻加速直線圖6－3－1電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動三、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6－3－2所示．圖6－3－2電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動2．工作原理示波器是可以用來觀察電信號隨時間變化情況的一種電子儀器．如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加橫向掃描電壓，同時加在偏轉(zhuǎn)電極YY′上所要研究的信號電壓，電子束隨信號電壓的變化在縱向做豎直方向的掃描，其周期與偏轉(zhuǎn)電極XX′的掃描電壓的周期相同，在熒光屏上就顯示出信號電壓隨時間變化的圖線．電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動課堂互動講練電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動4．動態(tài)分析如下表電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動即時應(yīng)用1.(2010年高考北京理綜卷)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6－3－3)．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θ.實驗中，極板所帶電荷量不變，若(

)圖6－3－3A．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電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動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不變電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動結(jié)論：不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進入同一偏轉(zhuǎn)電場，它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)距離總是相同的．電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動圖6－3－4電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動圖6－3－5A．偏轉(zhuǎn)角度相同B．偏轉(zhuǎn)距離相同C．運動時間相同

D．動能相同答案：AB電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動經(jīng)典題型探究題型一有關(guān)電容器的動態(tài)分析例1(2010年高考重慶理綜卷)某電容式話筒的原理示意圖如圖6－3－7所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板，對著話筒說話時，P振動而Q可視為不動．在P、Q間距增大過程中(

)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點的電勢比N點的低D．M點的電勢比N點的高圖6－3－7【答案】D電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動【答案】D電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動變式訓(xùn)練1一平行板電容器充電后與電源斷開，負極板接地，在兩極板間有一正電荷(電荷量很小)固定在P點，如圖6－3－8所示，以E表示兩極板間的場強，U表示電容器的電壓，W表示正電荷在P點的電勢能．若負極板不動，將正極板移到圖中虛線所示的位置(

)A．U變小，E不變B．E變大，W變大C．U變小，W不變D．U不變，W不變圖6－3－8【答案】AC電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動

如下圖所示，水平絕緣光滑軌道AB的B端與處于豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧形粗糙絕緣軌道BC平滑連接，圓弧的半徑R＝0.40m．在軌道所在空間存在水平向右的勻強電場，電場強度E＝1.0×104N/C.現(xiàn)有一質(zhì)量m＝0.10kg的帶電體(可視為質(zhì)點)放在水平軌道上與B端距離x＝1.0m的位置，由于受到電場力的作用帶電體由靜止開始運動，當(dāng)運動到圓弧形軌道的C端時，速度恰好為零．已知帶電體所帶電荷q＝8.0×10－5C，取g＝10m/s2，求：題型二帶電體在勻強電場中的運動例2電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動(1)帶電體在水平軌道上運動的加速度大小及運動到B端時的速度大?。?2)帶電體運動到圓弧形軌道的B端時對圓弧軌道的壓力大??；(3)帶電體沿圓弧形軌道運動過程中，電場力和摩擦力對帶電體所做的功各是多少．電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動【解析】

(1)設(shè)帶電體在水平軌道上運動的加速度大小為a，根據(jù)牛頓第二定律有qE＝ma解得a＝qE/m＝8.0m/s2設(shè)帶電體運動到B端時的速度大小為vB，

則v2＝2ax解得vB＝ ＝4.0m/s.(2)設(shè)帶電體運動到圓弧形軌道B端時受軌道的支持力為FN，根據(jù)牛頓第二定律有FN－mg＝mv/R解得FN＝mg＋mv/R＝5.0N根據(jù)牛頓第三定律可知，帶電體對圓弧形軌道B端的壓力大小F′N＝5.0N.電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動(3)因電場力做功與路徑無關(guān)，所以帶電體沿圓弧形軌道運動過程中，電場力所做的功W電＝qER＝0.32J設(shè)帶電體沿圓弧形軌道運動過程中摩擦力所做的功為W摩，對此過程根據(jù)動能定理有W電＋W摩－mgR＝0－解得W摩＝－0.72J.【答案】

(1)8.0m/s2

4.0m/s

(2)5.0N(3)0.32J－0.72J電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動【規(guī)律總結(jié)】

(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、能量轉(zhuǎn)化守恒定律等)解題．電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運動題型三帶電粒子在交變電場中的運動例3(滿分樣板15分)如圖6－3－11所示，真空室中速度v0＝1.6×107m/s的電子束，連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線OO′射入，已知極板長l＝4cm，板間距離d