高三總復(fù)習(xí)課件(第1輪)物理(廣西專)課件：93帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)

1、1第第3 3講講 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)2 一、電容器、電容一、電容器、電容 1.電容器電容器 (1)定義：能容納電荷的器件叫做電容器定義：能容納電荷的器件叫做電容器.任何兩個(gè)任何兩個(gè)彼此絕緣而又相互靠近的導(dǎo)體都可以看成一個(gè)電容器彼此絕緣而又相互靠近的導(dǎo)體都可以看成一個(gè)電容器. (2)平行板電容器：兩塊正對(duì)的平行金屬板，它們平行板電容器：兩塊正對(duì)的平行金屬板，它們相隔很近而且彼此絕緣組成一個(gè)最簡(jiǎn)單的電容器叫做平相隔很近而且彼此絕緣組成一個(gè)最簡(jiǎn)單的電容器叫做平行板電容器，平行板電容器的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)行板電容器，平行板電容器的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng).3 (3)電容器的充、放電電容器的充、

2、放電. 充電：使電容器帶電的過(guò)程叫充電，充電后充電：使電容器帶電的過(guò)程叫充電，充電后的電容器，一塊極板帶正電，另一塊極板帶等量的的電容器，一塊極板帶正電，另一塊極板帶等量的負(fù)電，而每個(gè)電容器所帶電量是指電容器一塊極板負(fù)電，而每個(gè)電容器所帶電量是指電容器一塊極板所帶電量的絕對(duì)值；所帶電量的絕對(duì)值； 放電：使充電后的電容器失去電荷的過(guò)程叫放電：使充電后的電容器失去電荷的過(guò)程叫放電，放電的實(shí)質(zhì)是使兩極板原來(lái)的電荷中和，失放電，放電的實(shí)質(zhì)是使兩極板原來(lái)的電荷中和，失去電荷去電荷.4 2.電容電容(C) (1)物理意義：描述電容器容納電荷本領(lǐng)的物物理意義：描述電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量理量. (2)定義

3、：電容器所帶的電量跟它兩極板間的定義：電容器所帶的電量跟它兩極板間的電勢(shì)差的比值叫做電容器的電容電勢(shì)差的比值叫做電容器的電容. (3)公式：公式： (4)單位：法拉單位：法拉(F).1法拉法拉1庫(kù)庫(kù)/伏伏. 1法拉法拉(F)106微法微法(F)1012皮法皮法(pF).QQCUU5 3.平行板電容器電容的決定因素平行板電容器電容的決定因素 平行板電容器的電容跟介電常量平行板電容器的電容跟介電常量成正比，成正比，跟正對(duì)面積跟正對(duì)面積S成正比，跟兩極板間的距離成正比，跟兩極板間的距離d成反比成反比. 公式：公式：.4SCkd6 如圖如圖9-3-1所示是由電動(dòng)勢(shì)為所示是由電動(dòng)勢(shì)為6V的電池、電阻的電

4、池、電阻R與電與電容為容為200pF的平行板電容器的平行板電容器C組成的電路，如把電容器極板組成的電路，如把電容器極板間距離增大至原來(lái)的間距離增大至原來(lái)的2倍，則電容器的電容為倍，則電容器的電容為 ，流過(guò)，流過(guò)R的瞬時(shí)電流方向?yàn)榈乃矔r(shí)電流方向?yàn)?，流過(guò)，流過(guò)R的電荷量為的電荷量為 C. 圖圖9-3-1100pF從從B到到A610-107 根據(jù)平行板電容器公式，極板間距根據(jù)平行板電容器公式，極板間距d2d，CC/2，由公式，由公式CQ/U，可知電容器帶電荷量減半，可知電容器帶電荷量減半，電容器兩極板電壓電容器兩極板電壓U不變，電容器帶電荷量減半，電容不變，電容器帶電荷量減半，電容器放電，流過(guò)器放

5、電，流過(guò)R的瞬時(shí)電流方向從的瞬時(shí)電流方向從B到到A；流過(guò)；流過(guò)R的電荷的電荷量為電容器減少的電荷量：量為電容器減少的電荷量： QQ-Q/2=Q/2UC/2610010-12C610-10C.8 二、帶電粒子在電場(chǎng)中加速二、帶電粒子在電場(chǎng)中加速 帶電粒子在電場(chǎng)中加速，若不計(jì)粒子的重力，則電帶電粒子在電場(chǎng)中加速，若不計(jì)粒子的重力，則電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做的功等于帶電粒子動(dòng)能的增量場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做的功等于帶電粒子動(dòng)能的增量. 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中： 在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中：在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中： 電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用只與加速電壓有關(guān)，與電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用只與加速電壓有關(guān)，與電場(chǎng)是否為勻強(qiáng)電場(chǎng)無(wú)關(guān)，通常

6、用功能關(guān)系求解電場(chǎng)是否為勻強(qiáng)電場(chǎng)無(wú)關(guān)，通常用功能關(guān)系求解.22011;22WqEdqUmvmv22011.22WqUmvmv9 一個(gè)帶正電的粒子以初動(dòng)能一個(gè)帶正電的粒子以初動(dòng)能Ek0進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若初速度方向跟電場(chǎng)方向相同，經(jīng)過(guò)時(shí)間若初速度方向跟電場(chǎng)方向相同，經(jīng)過(guò)時(shí)間t動(dòng)能為動(dòng)能為Ek1；若；若初速度方向跟電場(chǎng)方向垂直，經(jīng)過(guò)時(shí)間初速度方向跟電場(chǎng)方向垂直，經(jīng)過(guò)時(shí)間t動(dòng)能為動(dòng)能為Ek2，比較，比較動(dòng)能動(dòng)能Ek1和和Ek2的大小，有的大小，有( ) A.Ek2Ek1 B.Ek2=Ek1 C.Ek2s2.由由W=qUqEs可知，對(duì)粒子做的功可知，對(duì)粒子做的功W1W2，由，由動(dòng)能定理可

7、知末動(dòng)能動(dòng)能定理可知末動(dòng)能EkWEk0.故故C正確正確.11 三、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)三、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) 帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的方向進(jìn)入電場(chǎng)后，做帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的方向進(jìn)入電場(chǎng)后，做類平拋運(yùn)動(dòng)類平拋運(yùn)動(dòng).如圖如圖9-3-2所示所示. 1.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子以速度運(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成向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，受到恒定的與初速度方向成90角的角的電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng).圖圖9-3-212 2.偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的分析處理方法類似于平拋運(yùn)動(dòng)的分析偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的分析處理方

8、法類似于平拋運(yùn)動(dòng)的分析處理，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的知識(shí)處理，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的知識(shí). 沿初速度方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間：沿初速度方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間：tl/v0 沿電場(chǎng)力方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)：沿電場(chǎng)力方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)： 離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏移量：離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏移量： 離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角：離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角：.FqEqUammmd22201,22ql Uyatmv d200tan.yvqUlvmv d13 3.對(duì)粒子偏角的討論對(duì)粒子偏角的討論 若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)過(guò)同一加速電壓若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)過(guò)同一加速電壓U0加加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，則由動(dòng)能

9、定理有速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，則由動(dòng)能定理有 則則 由上式可知，粒子的偏角與粒子由上式可知，粒子的偏角與粒子q、m無(wú)關(guān)無(wú)關(guān).僅決定僅決定于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，即不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過(guò)于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，即不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)加速進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后，它們?cè)陔妶?chǎng)中的偏同一電場(chǎng)加速進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后，它們?cè)陔妶?chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角度總是相同的轉(zhuǎn)角度總是相同的.2001,2qUmv0tan.2UlU d14 4.粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)偏移量粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)偏移量 作粒子速度的反向延長(zhǎng)線，設(shè)交初速度延長(zhǎng)線于作粒子速度的反向延長(zhǎng)線，設(shè)交初速度延長(zhǎng)線于O點(diǎn)，點(diǎn)，O點(diǎn)與電場(chǎng)邊緣的距離為點(diǎn)與電場(chǎng)邊緣的距

10、離為x，則，則2220011()(),224qUlUlyatdmvU d220202tan2qUldmvylxqUlmv d15 由此可知，粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)，速度的由此可知，粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)，速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線的交點(diǎn)平分沿初速度方反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線的交點(diǎn)平分沿初速度方向的位移向的位移. 對(duì)偏轉(zhuǎn)的問(wèn)題，一定要通過(guò)運(yùn)動(dòng)的合成與分解對(duì)偏轉(zhuǎn)的問(wèn)題，一定要通過(guò)運(yùn)動(dòng)的合成與分解的方法分析，依運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性來(lái)確定，如對(duì)下面問(wèn)的方法分析，依運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性來(lái)確定，如對(duì)下面問(wèn)題的分析，這一點(diǎn)尤為重要題的分析，這一點(diǎn)尤為重要.16 如圖如圖9-3-3所示，質(zhì)量為所示，質(zhì)量為m，帶電量為，帶

11、電量為q的離子的離子以以v0的速度，沿與場(chǎng)強(qiáng)垂直的方向從的速度，沿與場(chǎng)強(qiáng)垂直的方向從A點(diǎn)飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，點(diǎn)飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，并從另一側(cè)并從另一側(cè)B點(diǎn)沿與場(chǎng)強(qiáng)方向成點(diǎn)沿與場(chǎng)強(qiáng)方向成150角飛出角飛出.則則A、B兩兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是多少點(diǎn)間的電勢(shì)差是多少? 離子做類平拋運(yùn)動(dòng)離子做類平拋運(yùn)動(dòng)aqE/m 由速度分解由速度分解vy=v0cot30= v0 vy22ay 2qEy/m 3v02 所以所以圖圖9-3-33203.2ABymvUEq 17 如圖如圖9-3-12所示，所示，D是一只二極管，它的作用是只是一只二極管，它的作用是只允許電流從允許電流從a流向流向b，不允許電流從，不允許電流從b流向流向a，平行

12、板電，平行板電容器容器AB內(nèi)部原有電荷內(nèi)部原有電荷P處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)兩極板處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)兩極板A和和B的間距稍增大一些的瞬間的間距稍增大一些的瞬間(兩極板仍平行兩極板仍平行)，P的運(yùn)動(dòng)情的運(yùn)動(dòng)情況將是況將是( ) A.仍靜止不動(dòng)仍靜止不動(dòng) B.向下運(yùn)動(dòng)向下運(yùn)動(dòng) C.向上運(yùn)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng) D.無(wú)法判斷無(wú)法判斷 A18 電容器充放電，電容器電壓、電量的關(guān)系電容器充放電，電容器電壓、電量的關(guān)系. 此題利用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)判斷電容此題利用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)判斷電容器是器是Q還是還是U不變，若假設(shè)不變，若假設(shè) U不變不變,由由 馬上判斷出馬上判斷出E變小，電變小，電 場(chǎng)力變小，電荷向下運(yùn)動(dòng)，但是場(chǎng)力

13、變小，電荷向下運(yùn)動(dòng)，但是d變大又導(dǎo)致變大又導(dǎo)致C變小結(jié)變小結(jié)合合U不變得出不變得出Q變小變小,即電容器即電容器A板正電荷應(yīng)該放出板正電荷應(yīng)該放出,圖圖9-3-12UEd19 而這是不可能的事，所以只能得出一個(gè)結(jié)論而這是不可能的事，所以只能得出一個(gè)結(jié)論假設(shè)錯(cuò)誤假設(shè)錯(cuò)誤,即即Q不變，那么可以根據(jù)不變，那么可以根據(jù) 得出得出E 不變不變(與與d無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)). 點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：此類題目新穎易錯(cuò)，不少同學(xué)以為電此類題目新穎易錯(cuò)，不少同學(xué)以為電容器接在穩(wěn)壓電源兩端即電壓不變，其實(shí)不然容器接在穩(wěn)壓電源兩端即電壓不變，其實(shí)不然.還還需要判斷二極管的通斷，充放電是否能正常進(jìn)行需要判斷二極管的通斷，充放電是否能正常進(jìn)行

14、.4 UQQESdCddk d20 平行板所帶電荷量平行板所帶電荷量Q、兩板間電壓、兩板間電壓U，有，有C=Q/U、C=0S/d、兩板間勻強(qiáng)、兩板間勻強(qiáng) 電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=U/d，可得，可得 電容器電容器 充電后斷開(kāi)，電容器電荷量充電后斷開(kāi)，電容器電荷量Q不變，則不變，則E不變不變.根據(jù)根據(jù)C=0S/d可知可知d增大增大,C減小，又根據(jù)減小，又根據(jù)C=Q/U可知可知U變大變大.0.QES21 如圖如圖9-3-13所示，豎直放置的半圓形絕緣軌道半所示，豎直放置的半圓形絕緣軌道半徑為徑為R，下端與光滑絕緣水平面平滑連接，整個(gè)裝置處，下端與光滑絕緣水平面平滑連接，整個(gè)裝置處于方向豎直向上的勻強(qiáng)

15、電場(chǎng)于方向豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)E中中.一質(zhì)量為一質(zhì)量為m、帶電量為、帶電量為+q的物塊的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn)可視為質(zhì)點(diǎn))，從水平面上的，從水平面上的A點(diǎn)以初速度點(diǎn)以初速度v0水平向左運(yùn)動(dòng)，沿半圓形軌道恰好通過(guò)最高點(diǎn)水平向左運(yùn)動(dòng)，沿半圓形軌道恰好通過(guò)最高點(diǎn)C，場(chǎng)強(qiáng)，場(chǎng)強(qiáng)大小大小圖圖9-3-13.mgEq22 (1)試計(jì)算物塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服摩擦力做的功試計(jì)算物塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服摩擦力做的功. (2)證明物塊離開(kāi)軌道落回水平面的水平距離與場(chǎng)強(qiáng)大證明物塊離開(kāi)軌道落回水平面的水平距離與場(chǎng)強(qiáng)大小小E無(wú)關(guān)，且為一常量無(wú)關(guān)，且為一常量. 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中受束縛軌道運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中受束縛軌道運(yùn)動(dòng). (1)物

16、塊恰能通過(guò)圓弧最高點(diǎn)物塊恰能通過(guò)圓弧最高點(diǎn)C，即圓弧軌道此，即圓弧軌道此時(shí)與物塊間無(wú)彈力作用，物塊受到的重力和電場(chǎng)力提供向時(shí)與物塊間無(wú)彈力作用，物塊受到的重力和電場(chǎng)力提供向心力心力23 物塊在由物塊在由A運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中，設(shè)物塊克服摩擦的過(guò)程中，設(shè)物塊克服摩擦力做的功力做的功Wf，根據(jù)動(dòng)能定理，根據(jù)動(dòng)能定理 2CvmgEqmR()CEqvR gm220112222fCEq RWmgRmvmv201522fWmvEqmg R24 (2)物塊離開(kāi)半圓形軌道后做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)水物塊離開(kāi)半圓形軌道后做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)水平位移為平位移為s，svCt 由聯(lián)立解得由聯(lián)立解得s2R 因此，物塊離開(kāi)軌道落回

17、水平面的水平距離與因此，物塊離開(kāi)軌道落回水平面的水平距離與場(chǎng)強(qiáng)大小場(chǎng)強(qiáng)大小E無(wú)關(guān)，大小為無(wú)關(guān)，大小為2R.212()2ERgtqm25 如圖如圖9-3-14所示，在豎直平面內(nèi)，一傾斜所示，在豎直平面內(nèi)，一傾斜的直軌道與光滑圓形軌道連接在一起，圓軌道半徑為的直軌道與光滑圓形軌道連接在一起，圓軌道半徑為R且處在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一質(zhì)量為且處在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q的帶正電小球從直軌道上滑下，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到圓軌道最低的帶正電小球從直軌道上滑下，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到圓軌道最低點(diǎn)時(shí)，球?qū)壍赖膲毫Υ笮辄c(diǎn)時(shí)，球?qū)壍赖膲毫Υ笮镕，再繼續(xù)運(yùn)動(dòng)后剛好能，再繼續(xù)運(yùn)動(dòng)后剛好能通過(guò)最高點(diǎn)，若小

18、球滑動(dòng)過(guò)程中電荷量保持不變，求圓通過(guò)最高點(diǎn)，若小球滑動(dòng)過(guò)程中電荷量保持不變，求圓軌道上最高點(diǎn)與最低點(diǎn)間的電勢(shì)差軌道上最高點(diǎn)與最低點(diǎn)間的電勢(shì)差.(重力加速度為重力加速度為g)圖圖9-3-1426 小球在最低點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律有：小球在最低點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律有： 小球在最高點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律得：小球在最高點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律得： 小球由最低點(diǎn)到最高點(diǎn)過(guò)程中，由動(dòng)能定理：小球由最低點(diǎn)到最高點(diǎn)過(guò)程中，由動(dòng)能定理： 最高點(diǎn)與最低點(diǎn)間電勢(shì)差為最高點(diǎn)與最低點(diǎn)間電勢(shì)差為U=2RE 由以上四式得：由以上四式得：21vFmgqEmR22vmgqEmR2212112222mvmvmgRqER63Fmg RUq

19、27 如圖如圖9-3-15所示，相距為所示，相距為d的平行金屬板的平行金屬板A、B豎豎直放置，在兩板之間水平放置一絕緣平板直放置，在兩板之間水平放置一絕緣平板.有一質(zhì)量有一質(zhì)量m、電荷量電荷量q(q0)的小物塊在與金屬板的小物塊在與金屬板A相距相距l(xiāng)處?kù)o止處?kù)o止.若某若某一時(shí)刻在金屬板一時(shí)刻在金屬板A、B間加一電壓間加一電壓32ABmgdUq ，28 小物塊與金屬板只發(fā)生了一次碰撞，小物塊與金屬板只發(fā)生了一次碰撞， 碰撞后電荷量變?yōu)榕鲎埠箅姾闪孔優(yōu)?并以與碰前大小相并以與碰前大小相 等的速度反方向彈回等的速度反方向彈回.已知小物塊與絕緣平板間的動(dòng)摩擦已知小物塊與絕緣平板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為因數(shù)為，若不計(jì)小物塊電荷量對(duì)電場(chǎng)的影響和碰撞時(shí)間，若不計(jì)小物塊電荷量對(duì)電場(chǎng)的影響和碰撞時(shí)間.則則12q，圖圖9-3-1529 (1)小物塊與金屬板小物塊與金屬板A碰撞前瞬間的速度大小是多碰撞前瞬間的速度大小是多少？少？ (2)小物塊碰撞后經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)動(dòng)？停在何小物塊碰撞后經(jīng)