《備考指南一輪 物理 》課件-第7章 第3講

靜電場第七章第3講電容器帶電粒子在電場中的運動【備考指南】1.理解電容器的基本概念，掌握好電容器的兩類動態(tài)分析.2.能運用運動的合成與分解解決帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題.3.用動力學(xué)方法解決帶電粒子在電場中的直線運動問題．欄目導(dǎo)航01知識梳理回顧03核心素養(yǎng)提升02要點各個擊破04配套訓(xùn)練知識梳理回顧11．電容器(1)組成：由兩個彼此________又互相________的導(dǎo)體組成．(2)帶電荷量：一個極板所帶電荷量的______________．(3)充、放電：①充電：把電容器接在電源上后，電容器兩個極板分別帶上等量的________的過程．充電后，兩極板上的電荷由于互相吸引而保存下來；兩極板間有________存在．充電過程中從電源獲得的________儲存在電容器中．②放電：用導(dǎo)線將充電后的電容器的兩極板接通，兩極板上的電荷________的過程．放電后的兩極板間不再有電場，________轉(zhuǎn)化為其他形式的能量．一電容器、電容絕緣靠近絕對值異種電荷電場電能中和電場能電荷量Q

容納電荷本領(lǐng)106

10123．平行板電容器的電容(1)決定因素：平行板電容器的電容C和兩極板間的電介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr成________，跟正對面積S成________，跟極板間的距離d成________．(2)決定式：__________.正比正比反比【對點小練】1．(2019年濟南期末)某電容器的電容是30μF，額定電壓為200V，擊穿電壓為400V，對于該電容器，下列說法中正確的是(

)A．為使它的兩極板間的電壓增加1V，所需要的電荷量是3×10－5CB．給電容器帶1C的電荷量，兩極板間的電壓為3×10－5VC．該電容器能容納的電荷量最多為6×10－3CD．該電容器兩極板間能承受的最大電壓為200V【答案】A二帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)加(減)速直線

2．帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)如果帶電粒子以初速度v0垂直于場強方向進入勻強電場中，不考慮重力時，帶電粒子在電場中將做類平拋運動，如圖所示．(1)類平拋運動的一般處理方法將粒子的運動分解為沿初速度方向的________運動和沿電場方向的______________運動．根據(jù)_______________________的知識就可解決有關(guān)問題．勻速直線勻加速直線運動的合成與分解【對點小練】2．三個質(zhì)量相等的帶電微粒(重力不計)以相同的水平速度沿兩極板的中心線方向從O點射入，已知上極板帶正電，下極板接地，三微粒的運動軌跡如圖所示，其中微粒2恰好沿下極板邊緣飛出電場，則(

)A．三微粒在電場中的運動時間有t3＞t2＞t1B．三微粒所帶電荷量有q1＞q2＝q3C．三微粒所受電場力有F1＝F2＞F3D．飛出電場時微粒2的動能大于微粒3的動能【答案】D要點各個擊破2要點1正確理解電容器的定義式和決定式例1

下列關(guān)于電容器的知識描述正確的是(

)A．圖甲為電容器充電示意圖，充完電后電容器上極板帶正電，兩極板間的電壓U等于電源的電動勢EB．圖乙為電容器放電示意圖，若電容器上極板帶電量為＋Q，則放電過程中通過安培表的電流方向從右向左，流過的總電量為2QC．圖丙為電解電容器的實物圖和符號，圖丁為可變電容器及其符號，兩種電容使用時都嚴格區(qū)分正負極D．圖戊中的電容器上有“5.5V

1.0F”字樣，說明該電容器只有兩端加上5.5V的電壓時電容才為1.0F【答案】A【解析】圖甲為電容器充電過程，充完電后電容器上極板與電源的正極相連，同時兩極板間的電壓

U

等于電源的電動勢E，選項A正確；圖乙為電容器放電過程，若電容器上極板帶電量為＋Q，則放電過程中通過安培表的電流方向從右向左，且流過的總電量為Q，選項B錯誤；圖丙為電解電容器的實物圖和符號，圖丁為可變電容器及其符號，前者電容器使用時嚴格區(qū)分正負極，后者沒有，選項C錯誤；圖戊中的電容器上有“5.5V

1.0F”字樣，說明該電容器兩端電壓最大值為5.5V，而電容與電容器的電壓，及電量均無關(guān)，總是為1.0F，選項D錯誤．練1

根據(jù)大量科學(xué)測試可知，地球本身就是一個電容器．通常大地帶有50萬庫侖左右的負電荷，而地球上空存在一個帶正電的電離層，這兩者之間便形成一個已充電的電容器，它們之間的電壓為300kV左右．地球的電容約為(

)A．0.17F

B．1.7F

C．17F

D．170F【答案】B要點2平行板電容器的動態(tài)分析2．兩類動態(tài)變化問題(1)第一類動態(tài)變化：兩極板間電壓U恒定不變(2)第二類動態(tài)變化：電容器所帶電荷量Q恒定不變例2

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，靜電計所帶電量很少，可被忽略．一帶負電油滴被固定于電容器中的P點，現(xiàn)將平行板電容器的下極板豎直向下移動一小段距離，則(

)A．平行板電容器的電容值將變大B．靜電計指針張角變小C．帶電油滴的電勢能將增大D．若先將上極板與電源正極的導(dǎo)線斷開再將下極板向下移動一小段距離，則帶電油滴所受電場力不變【答案】D練2

一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì)，接在恒壓直流電源上．若將云母介質(zhì)移出，則電容器(

)A．極板上的電荷量變大，極板間電場強度變大B．極板上的電荷量變小，極板間電場強度變大C．極板上的電荷量變大，極板間電場強度不變D．極板上的電荷量變小，極板間電場強度不變【答案】D要點3帶電粒子在電場中的加速與偏轉(zhuǎn)分析一、帶電粒子在電場中的直線運動1．運動類型(1)帶電粒子在勻強電場中做勻變速直線運動．(2)帶電粒子在不同的勻強電場或交變電場中做勻加速、勻減速的往返運動．2．分析思路(1)根據(jù)帶電粒子受到的電場力，用牛頓第二定律求出加速度，結(jié)合運動學(xué)公式確定帶電粒子的運動情況．(2)根據(jù)電場力對帶電粒子所做的功等于帶電粒子動能的變化求解．此方法既適用于勻強電場，也適用于非勻強電場．(3)對帶電粒子的往返運動，可采取分段處理．例3

如圖所示，A、B和C、D為兩平行金屬板，A、B兩板間電勢差為U，C、D始終和電源相接，測得其間的場強為E.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(重力不計)由靜止開始，經(jīng)A、B加速后穿過C、D發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在熒光屏上，已知C、D極板長均為x，熒光屏距C、D右端的距離為L，問：(1)粒子帶正電還是帶負電？(2)粒子打在熒光屏上的位置距O點多遠處？(3)粒子打在熒光屏上時的動能為多大？練3

(2020屆北京名校模擬)如圖所示，由粒子源發(fā)出的帶正電的粒子經(jīng)過同一加速電場A加速后，形成粒子束進入同一偏轉(zhuǎn)電場B中偏轉(zhuǎn)．已知粒子源發(fā)出的粒子中包括有一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子，這些粒子離開粒子源時的初速度可視為零，空氣阻力、粒子的重力及粒子之間的相互作用力均可忽略不計．下列說法正確的是(

)A．它們始終為一股粒子束B．它們會分離為兩股粒子束C．它們會分離為三股粒子束D．它們會分離為無數(shù)股粒子束【答案】A要點4示波管的原理1．構(gòu)造及功能(如圖所示)(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)；XX′：使電子束水平偏轉(zhuǎn)(加掃描電壓)．(3)熒光屏．2．原理(1)YY′作用：被電子槍加速的電子在YY′電場中做勻變速曲線運動，飛出電場后做勻速直線運動打到熒光屏上，Y′隨信號電壓同步調(diào)變化，但由于視覺暫留及熒光物質(zhì)的殘光特性看到一條豎直亮線．如何使這一豎直亮線轉(zhuǎn)化成正弦圖形呢？(加掃描電壓．)(2)XX′作用：如果只在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加電壓，亮斑就在水平方向發(fā)生偏移．加上掃描電壓，一周期內(nèi)，信號電壓也變化一周期，熒光屏將出現(xiàn)一完整的正弦圖形．例4

圖甲為示波管的原理圖．如果在電極XX′之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，在電極YY′之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是(

)甲

【答案】C【解析】因YY′偏轉(zhuǎn)電極接入的是鋸齒形電壓，即掃描電壓，且周期與XX′偏轉(zhuǎn)電壓上加的是待顯示的信號電壓相同，則以在熒光屏上得到的信號在一個周期內(nèi)的穩(wěn)定圖像．則顯示如圖C所示．練4

(2019屆密云期中)如圖所示為一真空示波管，電子從燈絲K發(fā)出(初速度不計)，經(jīng)燈絲與A板間的加速電壓U1加速，從A板中心孔沿中心線KO射出，然后進入兩塊平行金屬板M、N形成的偏轉(zhuǎn)電場中(偏轉(zhuǎn)電場可視為勻強電場)，電子進入M、N間電場時的速度與電場方向垂直，電子經(jīng)過電場后打在熒光屏上的P點．已知M、N兩板間的電壓為U2，兩板間的距離為d，板長為L1，板右端到熒光屏的距離為L2，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e.求：(1)電子穿過A板時的速度vA的大小；(2)電子從偏轉(zhuǎn)電場射出時的側(cè)移量y的大?。?3)電子從偏轉(zhuǎn)電場射出時的偏轉(zhuǎn)角θ的正切值；(4)P點到O點的距離yOP；(5)寫出一個可以使電子打在屏上的距離yOP變大的方法；(6)若U2的值任意，求電子打在屏上的距離yOP的最大值ym的大小．實驗*觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1．電容器的充電現(xiàn)象(開關(guān)S合向1，電容器充電)：①白熾燈開始較亮，逐步變暗；②A1的讀數(shù)由大變小；③V的讀數(shù)變大；④最后A1的大小等于0，V的大小等于電源電壓．2．電容器的放電現(xiàn)象(開關(guān)S合向2，電容放電):①開始燈較亮，逐漸變暗，直至熄滅；②A2開始較大，逐漸變小，電流方向與充電方向相反，直至示數(shù)為0；③開始V指示為電源電壓，逐漸減小，直至為0.3．結(jié)論：當(dāng)電容器極板上所儲存的電荷量發(fā)生變化時，電路中就有電流流過；若電容器極板上所儲存的電荷量恒定不變時，則電路中就沒有電流流過.

(2)在如圖乙所示的充電電路中，R表示電阻，E表示電源(忽略內(nèi)阻)．通過改變電路中元件的參數(shù)對同一電容器進行兩次充電，對應(yīng)的q－t曲線如圖丙中①②所示．a(chǎn)．①②兩條曲線不同是______(填“E”或“R”)的改變造成的．b．電容器有時需要快速充電，有時需要均勻充電．依據(jù)a中的結(jié)論，說明實現(xiàn)這兩種充電方式的途徑．____________________________________________________________________________________________________________________________.(3)設(shè)想使用理想的“恒流源”替換(2)中電源對電容器充電，可實現(xiàn)電容器電荷量隨時間均勻增加．請思考使用“恒流源”和(2)中電源對電容器的充電過程，填寫下表(填“增大”“減小”或“不變”).充電方式“恒流源”(2)中電源電源兩端電壓________________通過電源的電流________________(3)在電容器充電過程中在電容器的左極板帶正電，右極板帶負電，相當(dāng)于另一電源，且充電過程中電量越來越大，回路中的總電動勢減小，當(dāng)電容器兩端電壓與電源電動勢相等時，充電結(jié)束，所以換成“恒流源”時，為了保證電流不變，所以“恒流源兩端電壓要增大，通過電源的電流不變，在(2)電源的電壓不變，通過電源的電流減?。诵乃仞B(yǎng)提升3“等效法”在電場中的應(yīng)用處理帶電粒子在“等效力場”中的運動，要關(guān)注以下兩點：一是對帶電粒子進行受力分析時，注意帶電粒子受到的電場力的方向與運動方向所成的夾角是銳角還是鈍角，從而決定電場力做功情況；二是注意帶電粒子的初始運動狀態(tài)．2．物理最高點與幾何最高點．在“等效力場”做圓周運動的小球，經(jīng)常遇到小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動的臨界速度問題．小球能維持圓周運動的條件是能過最高點，而這里的最高點不一定是幾何最高點