南方新課堂2019物理一輪課件：7.3電容器與電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

第3講電容器與電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 考點(diǎn)1電容平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析1 電容器 1 組成 由兩個(gè)彼此絕緣且又相互靠近的導(dǎo)體組成 2 帶電量 一個(gè)極板所帶電量的絕對(duì)值 2 電容 1 定義 電容器所帶的電量與兩極板間電勢(shì)差的比值 2 公式 C 3 物理意義 電容是描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量 電容C由電容器本身的構(gòu)造因素決定 與U Q無關(guān) 4 單位 1法拉 F 微法 F 皮法 pF 106 1012 3 平行板電容器的電容 1 影響因素 平行板電容器的電容與兩極板的 成正比 與兩極板的 成反比 并且跟板間插入的電介質(zhì)有關(guān) 2 公式 C 正對(duì)面積 距離 4 平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析 電壓 電荷量 1 兩種情況 保持兩極板與電源相連 則電容器兩極板間 不變 充電后斷開電源 則電容器的 不變 3 方法 找不變量與變化量之間的公式來決定要比較的量的變化關(guān)系 如 Q不變 d變小 比較E的變化 則Q CU 1 電容器的兩類動(dòng)態(tài)分析 1 明確是電壓不變還是電荷量不變 2 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)按類平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行處理 自主檢測(cè) A 電容器電容越大 電容器所帶電荷量就越多B 電容器的兩極板間電勢(shì)差越大 電容越大C 電容器的電容與其所帶電荷量成正比 與兩極板間的電勢(shì)差成反比D 電容器的電容不隨所帶電荷量及兩極板間的電勢(shì)差的變化而變化皆無關(guān) Q與U成正比 答案 D 2 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7 3 1所示 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 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 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 圖7 3 1 D 保持d不變 減小S 則 不變答案 A 考點(diǎn)2帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)示波管1 帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 1 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析 帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) 受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上 做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 2 用功能觀點(diǎn)分析 電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子所做的功等于粒子 動(dòng)能的變化 即qU 2 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)分析 1 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 帶電粒子受到恒定的與初速度方向垂直的電場(chǎng)力作用而做類平拋運(yùn)動(dòng) 2 處理方法 類似于平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法 如圖7 3 2所 示 勻速 勻加速 圖7 3 2 3 兩個(gè)推論 如圖7 3 3所示 設(shè)帶電粒子質(zhì)量為m 電荷量為q 以速度v0垂直于電場(chǎng)線射入勻強(qiáng)電場(chǎng) 偏轉(zhuǎn)電壓為U1 若粒子飛出 圖7 3 3 1 若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)同一加速電壓U0加速后 由此式可知 粒子的偏轉(zhuǎn)角 與粒子的q m無關(guān) 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)過同一電場(chǎng)加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 它們?cè)谄D(zhuǎn)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角度總是相同的 4 示波管 1 構(gòu)造 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 如圖7 3 4所 示 圖7 3 4 2 工作原理 如果在偏轉(zhuǎn)電極XX 和YY 之間都沒有加電壓 從電子槍射出的電子沿直線運(yùn)動(dòng) 打在熒光屏中心 在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑 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 帶電粒子在電場(chǎng)中的重力問題 1 基本粒子 如電子 質(zhì)子 粒子 離子等除有說明或有明確的暗示以外 一般都不考慮重力 但并不忽略質(zhì)量 2 帶電顆粒 如液滴 油滴 塵埃 小球等 除有說明或 有明確的暗示以外 一般都不能忽略重力 自主檢測(cè) 3 2011年江蘇模擬 如圖7 3 5所示 平行板電容器與恒定電源相連 負(fù)極板接地 在兩板間有一正電荷 電荷量很少且不變 固定在P點(diǎn) 以U表示電容兩極板間的電壓 E表示兩極板間的場(chǎng)強(qiáng) Ep表示正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能 若保持負(fù)極板不動(dòng) 而將正極板向上移至某位置 則 A U不變 Ep變小B U不變 Ep不變C E變小 Ep變大D E變大 Ep不變 圖7 3 5 解析 向上移動(dòng)正極板 電源電壓不變 則電容器兩端電壓不變 U不變 d變大 則電容C變小 由Q CU知Q變小 故兩極板間場(chǎng)強(qiáng)變小 Ep變小 A選項(xiàng)正確 答案 A 4 雙選 2014年廣州一模 如圖7 3 6所示的陰極射線管 無偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí) 電子束加速后打到熒屏中央形成亮斑 如果只逐 圖7 3 6 漸增大M1M2之間的電勢(shì)差 則 A 在熒屏上的亮斑向上移動(dòng)B 在熒屏上的亮斑向下移動(dòng)C 偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)對(duì)電子做的功增大D 偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度減小答案 AC 熱點(diǎn)1電容器問題的動(dòng)態(tài)分析 例1 2011年天津卷 板間距為d的平行板電容器所帶電荷量為Q時(shí) 兩極板間的電勢(shì)差為U1 板間場(chǎng)強(qiáng)為E1 現(xiàn)將電容 極板間電勢(shì)差為U2 板間場(chǎng)強(qiáng)為E2 下列說法正確的是 A U2 U1 E2 E1B U2 2U1 E2 4E1C U2 U1 E2 2E1D U2 2U1 E2 2E1 答案 C 觸類旁通 1 2010年重慶卷 某電容式話筒的原理示意圖如圖7 3 7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 說話時(shí) P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng) 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(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 圖7 3 7 解析 電容式話筒與電源串聯(lián) 電壓保持不變 在P Q間 通過R的方向由M到N 所以M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高 D項(xiàng)正確 答案 D 熱點(diǎn)2帶電體的力電綜合問題的分析方法規(guī)律總結(jié) 1 基本思路 2 運(yùn)動(dòng)情況反映受力情況 1 物體靜止 保持 F合 0 2 做直線運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng) F合 0 變速直線運(yùn)動(dòng) F合 0 且F合與加速度方向總是一致 3 做曲線運(yùn)動(dòng) F合 0 F合與速度方向不在一條直線上 且總指向運(yùn)動(dòng)軌跡曲線凹的一側(cè) 4 F合與v的夾角為 加速運(yùn)動(dòng) 0 90 減速運(yùn)動(dòng) 90 180 5 勻變速運(yùn)動(dòng) F合 恒量 2 若小球的帶電荷量為 例2 如圖7 3 8所示 勻強(qiáng)電場(chǎng)方向與水平線間夾角為30 斜向右上方 電場(chǎng)強(qiáng)度為E 質(zhì)量為m的小球帶有負(fù)電 以初速度為v開始運(yùn)動(dòng) 初速度方向與電場(chǎng)方向一致 球能做勻速直線運(yùn)動(dòng) 應(yīng)對(duì)小球施加的恒力 F1的大小和方向如何 圖7 3 8 為使小球能做直線運(yùn)動(dòng) 應(yīng)對(duì)小球施加的最小恒力F2的大小和方向如何 審題突破 明確電場(chǎng)的大小 方向 明確研究對(duì)象的初始狀態(tài) 帶負(fù)電的小球 重力不可忽略 小球受到的合外力為零 或是合外力為零 做勻速直線運(yùn)動(dòng) 或是合外力與 v0共線 同向 也可能反向 做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 利用求力的合成的最值的方法 解 1 如圖7 3 9甲所示 欲使小球做勻速直線運(yùn)動(dòng) 必使其合外力為0 設(shè)對(duì)小球施加的力F1與水平方向夾角為 則F1cos qEcos F1sin mg qEsin 即恒力F1與水平線成60 角斜向右上方 甲 乙 圖7 3 9 2 為使小球能做直線運(yùn)動(dòng) 則小球所受合力的方向必和運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上 故要使力F2和mg的合力和電場(chǎng)力在一條直線上 當(dāng)F2取最小值時(shí) F2垂直于F 方向如圖乙所示 與水平線成60 角斜向左上方 觸類旁通 2 質(zhì)量為m 電荷量為 q的小球在O點(diǎn)以初速度v0與水平方向成 角射出 如圖7 3 10所示 如果在某方向加上一定大小的勻強(qiáng)電場(chǎng)后 能保證小球仍沿v0方向做直線運(yùn)動(dòng) 試求所 加勻強(qiáng)電場(chǎng)的最小值 加了這個(gè)電場(chǎng)后 經(jīng)多少時(shí)間速度變?yōu)榱?圖7 3 10 解 小球在未加電場(chǎng)時(shí)受重力mg作用 電場(chǎng)力的作用只要能平衡垂直于速度方向的重力的分力 就能使帶電粒子沿v0方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 此時(shí)電場(chǎng)力為最小值 如圖D17所示 因?yàn)镋q mgcos 小球的加速度為 圖D17 熱點(diǎn)3復(fù)合場(chǎng)中等效法分析 例3 如圖7 3 11所示 AB為光滑水平面 BCD為半徑為R的光滑豎直半圓軌道 直徑BD恰好豎直 空間存在水平向 右的勻強(qiáng)電場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng)為E 現(xiàn)有一帶電荷時(shí)為 q 質(zhì)量為 的小球從A點(diǎn)以初速度v0沿水平面運(yùn)動(dòng)后滑上圓弧 AB間的距離為L(zhǎng) 2R 要使小球恰能到達(dá)D點(diǎn) v0至少為多少 圖7 3 11 圖7 3 12 觸類旁通 3 雙選 豫