帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)復(fù)習(xí)教案

1、 1.3 電容器與電容 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、了解電容器及電容的概念，常握平行板是容器的電容問(wèn)題分析方法，認(rèn)識(shí)常用電容的結(jié)構(gòu)。2、掌握帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的處理方法，了解示 波器的原理及應(yīng)用。 【自主學(xué)習(xí)】一、電容器與電容1、電容器、電容(1)電容器：兩個(gè)彼此 又互相 的導(dǎo)體都可構(gòu)成電容器。(2)電容：物理意義：表示電容器 電荷本領(lǐng)的物理量。定義：電容器所帶 (一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值)與兩極板間 的比值叫電容器的電容。定義式：C Q VQU VU2、電容器的充放電過(guò)程(1)充電過(guò)程特點(diǎn)(如圖1.31)充電電流：電流方向?yàn)?方向，(電流由大到??；-L-.-1電容器所

2、帶電荷量;丁1電容器兩板間電壓 ;電容中電場(chǎng)強(qiáng)度;當(dāng)電容器充電結(jié)束后，電容器所在電路中 電流，電容器兩極 板間電壓與充電電壓;充電后，電容器從電源中獲取的能量稱(chēng)為 (2)放電過(guò)程特點(diǎn)(如圖1.32):放電電流，電流方向是從正極板流出，電流由大變??；開(kāi)始時(shí)電流最大電容器電荷量；_,一電容器兩極板間電壓；8H電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度；J電容器的 轉(zhuǎn)化成其他形式的能注意：放電的過(guò)程實(shí)際上就是電容器極板正、負(fù)電荷中和的過(guò)程， 當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，電路中無(wú)電流。中，an用野流 i MK, 季也哀匚小.3、平等板電容器(1)平行板電容器的電容計(jì)算式(即電容與兩板的正對(duì)面積成正比， 與兩板間距離乙、田梅5啟士干克.成為反

3、比，與介質(zhì)的介電常數(shù)成正比)(2)帶電平行板電容器兩板間的電場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng)，且E=4、測(cè)量電容器兩極板間電勢(shì)差的儀器一靜電計(jì)電容器充電后，兩板間有電勢(shì)差 U, 40 U的大小 用電壓表 去測(cè)量(因?yàn)閮砂迳系恼?、?fù)電荷會(huì)立即中和掉)，但可以用靜電計(jì)測(cè)量?jī)砂彘g的電勢(shì)差，如圖 1.33所示靜電計(jì)是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上改造而成的，靜電計(jì)由 的兩 部分構(gòu)成，靜電計(jì)與電容器的兩部分分別接在一起， 則電容器上的電 勢(shì)差就等于靜電計(jì)上所指示的 , U的大小就從靜電計(jì)上的刻度 讀出。注意：靜電計(jì)本身也是一個(gè)電容器，但靜電計(jì)容納電荷的本領(lǐng)很 弱，即電容C很小，當(dāng)帶電的電容器與靜電計(jì)連接時(shí)，可認(rèn)為電容器 上的電荷

4、量保持不變。5、關(guān)于電容器兩類(lèi)典型問(wèn)題分析方法：(1)首先確定不變量，若電容器充電后斷開(kāi)電源，則 不變； 若電容器始終和直流電源相連，則 不變。(2)當(dāng)決定電容器大小的某一因素變化時(shí)，用公式 判 斷電容的變化。(3)用公式 分析Q和U的變化。(4)用公式 分析平行板電容兩板間場(chǎng)強(qiáng)的變化。二、帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)1、帶電粒子在電場(chǎng)中加速，應(yīng)用動(dòng)能定理，即 1212qU 2mv 2mv0v %2 2qU/m2、(1)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的分析處理方法，類(lèi)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)。求出運(yùn)動(dòng) 時(shí)間,離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)量 ,離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)速度 的大小以及離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角

5、(2)若電荷先經(jīng)電場(chǎng)加速然后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，則 y=tan (U為加速電壓，U2為偏轉(zhuǎn)電壓)3、處理帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的方法(1)等效法：帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，若不能忽略重力時(shí)，可把電場(chǎng)和重力看作等效重力，這樣處理起來(lái)更容易理解，顯得方便簡(jiǎn)捷。(2)分解法：帶電微粒在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)這種較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，可分解成沿初速方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和沿電場(chǎng)力方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)來(lái)分析、處理。【典型例題】例1電容器G電阻器R和電源E連接成如圖1.34所示的電路，當(dāng)把絕緣板P從電容器極板a、b之間拔出的過(guò)程中，電路里A、沒(méi)有電流產(chǎn)生B、有電流產(chǎn)生，方向是從a極板經(jīng)過(guò)電阻器R流向b極板C、有電流產(chǎn)生，

6、方向是從b極板經(jīng)過(guò)電阻器R流向a極板D有電流產(chǎn)生，電流方向無(wú)法判斷(1)審題(寫(xiě)出或標(biāo)明你認(rèn)為的關(guān)鍵詞、題中條件和所處狀態(tài)及過(guò)程)(2)分析(合理分段，畫(huà)出示意圖，并找出各段之間的連接點(diǎn))(3)解題過(guò)程例2如圖1.35所示的電路中，_ 丁電容器的N板接地，在其兩板間的1 LP點(diǎn)固定一個(gè)帶負(fù)電的點(diǎn)電荷，求以下過(guò)程后，電容器的帶電荷量 Q兩極間的電壓UK兩極間的場(chǎng)強(qiáng)E, P點(diǎn)的電勢(shì)、負(fù)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能 巳各如何變化？(1) S接通后再將M板上移一小段距離。(2) S接通后再斷開(kāi)，再將N板上移一小段距離。審題(寫(xiě)出或標(biāo)明你認(rèn)為的關(guān)鍵詞、題中條件和所處狀態(tài)及過(guò)程)分析(合理分段，畫(huà)出示意圖，并找出各

7、段之間的連接點(diǎn))聞人一，例3為研究靜電除塵，有人設(shè)計(jì)了一個(gè)盒狀容器，容器側(cè)面是絕緣的解題過(guò)程透明的機(jī)玻璃，它的上下底面是面積A=0.04m2金屬板，間距L=0.05m,當(dāng)連接到U=2500V的高壓電源正負(fù)兩極時(shí),能在兩金屬板間產(chǎn)生一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng) , 如圖所示 , 現(xiàn)把一定量均勻分布的煙塵顆粒密閉在容器內(nèi) ,每立方米有煙塵顆粒1013個(gè) , 假設(shè)這些顆粒都處于靜止?fàn)顟B(tài), 每個(gè)顆粒17帶電量為 q 1.0 10 C , 質(zhì)量為 m 2.0 10 15kg , 不考慮煙塵顆粒之間的相互作用和空氣阻力 , 并忽略煙塵顆粒所受重力 , 求合上電鍵后 :(1) 經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間煙塵顆?？梢员蝗课??(2)

8、除塵過(guò)程中電場(chǎng)對(duì)煙塵顆粒共做了多少功 ?(3) 經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間容器中煙塵顆粒的總動(dòng)能達(dá)到最大?審題 (寫(xiě)出或標(biāo)明你認(rèn)為的關(guān)鍵詞、 題中條件和所處狀態(tài)及過(guò)程)分析(合理分段，畫(huà)出示意圖，并找出各段之間的連接點(diǎn))解題過(guò)程例4如圖A所示為示波管的原理圖，圖b表示熒光屏的界面，從發(fā)熱的燈絲射出的電子初速度很小 , 可視為零 , 在燈絲和極板p 之間所加電壓為U,在兩對(duì)偏轉(zhuǎn)電極XX和YY上所加的電壓分別為U2和U3,若Ui0,U2=U=0,則經(jīng)過(guò)加速后的電子束將打在熒光屏的中心0點(diǎn)，如果U3=0, U 2的大小隨時(shí)間變化，其規(guī)律如下圖C所示，則屏上將出現(xiàn)一條亮線，已知U=2500V,每塊偏轉(zhuǎn)極板的長(zhǎng)度l都

9、等于4cm,兩塊正對(duì)極 板之間的距離d=1cm,設(shè)極板之間的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，且極板外無(wú)電場(chǎng), 在每個(gè)電子經(jīng)過(guò)極板的極短時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)視為不變，X,X 極板的右端 到熒光屏的距離L=8cm,熒光屏界面的直徑 D=20cm要使電子都能打 在熒光屏上，U2的最大值是多少伏？(1)審題(寫(xiě)出或標(biāo)明你認(rèn)為的關(guān)鍵詞、題中條件和所處狀態(tài)及過(guò)程)(2)分析(合理分段，畫(huà)出示意圖，并找出各段之間的連接點(diǎn))(3)解題過(guò)程【針對(duì)訓(xùn)練】1、圖1.38所示是一個(gè)由電池、電 阻R電鍵S與平板電容器組成的串 聯(lián)電路，電鍵閉合，在增大電容器兩極板間距離的過(guò)程中()A、電阻R中沒(méi)有電流B、電容器的電容變大C、電阻R中有從a流向b

10、的電流口電阻R中有從b流向a的電流2、如圖1.3-9所示，兩板間距為d的平行板電容器與一電源連接,日帶電荷量為q）開(kāi)關(guān)S閉合，電容器兩板間有一質(zhì)量為 的微粒靜止不動(dòng)，下列敘述中正確的是A、微粒帶的是正電mgdB、電源電動(dòng)勢(shì)白大小等于 qC、斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,微粒將向下做加速運(yùn)動(dòng)DK保持開(kāi)關(guān)S閉合，把電容器兩極板距離增大微粒將向下做加速運(yùn)動(dòng)3、兩塊大小、形狀完全相同的金屬平板平行放置，構(gòu) 成一平行板電容器，與它相連接的電路如圖所示，接通開(kāi) 關(guān)K,電源即給電容器充電。（）A、保持K接通，減小兩極板間的距離, 則兩極板間電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度減小B、保持K接通，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢(shì)差減小C、斷開(kāi)K

11、,減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢(shì)差減小DK斷開(kāi)K,在兩極板間f入一塊介質(zhì)，則兩極板間的電勢(shì)差增大4、0c粒子的質(zhì)量是質(zhì)子的4倍，電荷量是質(zhì)子的2倍，它們從靜止開(kāi)始經(jīng)同一電場(chǎng)加速后，獲得的速度大小之比為（）A、1:2B、1： 2C、 2:1Dk 2: 15、如圖1.3-11所示,平行金屬板內(nèi)有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，一個(gè)帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電粒子以v0從A點(diǎn)水平射入電場(chǎng)，且剛好以速度v 從B點(diǎn)射出，則（）。A、若該粒子以速度 “-u”從B點(diǎn)射入，則它剛好以速度 “-u 0”從A點(diǎn)射出B、若將q的反粒子（-q、項(xiàng) 以速度“-u ”從B點(diǎn)射入，則它 剛好以速度 ，U。”從A點(diǎn)射出C、若將q的反粒子（

12、-q、項(xiàng)以速度“ -u?！睆腂點(diǎn)射入，則它 剛好以速度“ -u ”從A點(diǎn)射出DK若該粒子以速度“ -U?！睆腂點(diǎn)射入，則它剛好以速度“ -u ”從A點(diǎn)射出6、圖甲所示為示波器的部分構(gòu)造，真空室中電極K連續(xù)不斷地發(fā)射的電子（不計(jì)初速）經(jīng)過(guò)電壓為 U。的加速電場(chǎng)后，由小孔f沿水 平金屬板A、B間的中心軸線射入板間，板長(zhǎng)為l , 兩板相距為d,電子穿過(guò)兩板后，打在熒光屏上， 屏到兩板邊緣的距離為L(zhǎng),屏上的中點(diǎn)為Q屏上a、b兩點(diǎn)到。點(diǎn)的距離為S/2,若在A、B兩板間 加上變化的電壓，在每個(gè)電子通過(guò)極板的極短時(shí) 間內(nèi)，電場(chǎng)可視為恒定的，現(xiàn)要求t=0時(shí)，進(jìn)入 兩板間的電子打在屏上的a點(diǎn)，然后經(jīng)時(shí)間T亮 點(diǎn)

13、勻速上移到b點(diǎn)，在屏上形成一條直亮線，電子的電量為 e,質(zhì)量 為m（1）求A、B間電壓的最大值;(2)寫(xiě)出在時(shí)間0到T時(shí)間內(nèi)加在A B兩板間的電壓U與時(shí)間t的關(guān)系式；(3)在圖乙中畫(huà)出。到T時(shí)間內(nèi)的U-t圖象示意圖【能力訓(xùn)練】1、在如圖1.314所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，1平行板電容器的極板B與一靈敏的靜電:計(jì)相接，極板A接地，若極板A稍向上移動(dòng)一點(diǎn)，由觀察到的靜電計(jì)指針變化作出平行板電容器電容變小的結(jié)論的依據(jù)是()A、兩極板間的電壓不變，極板上的電量變小B、兩極板間的電壓不變，極板上的電量變大C、極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變小D極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變大2、一平行板電容器，兩

14、板之間的距離 d和兩板面積節(jié)，電容器兩板與電池相連接，以 Q表示電容器的電荷量, 極間的電場(chǎng)強(qiáng)度，則()A、當(dāng)d增大、S不變時(shí)，Q減小，E減小S都可以調(diào)E表水兩B、當(dāng)S增大、d不變時(shí)，Q增大，E增大C、當(dāng)d減小、S增大時(shí)，Q增大、E增大DK當(dāng)S增大、d減小時(shí)，Q不變、E不變3、圖中1.515所示是一個(gè)平行板電容器，具電容為 C,帶電量為Q上極板帶正電，現(xiàn)將一個(gè)試探電荷 q由兩極板間 的A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，如圖所示，A、B兩點(diǎn)間的距離為s, 連線AB與極板間的夾角為30 ,則電場(chǎng)力對(duì)試探電荷q所做的功等于（）qCsqQsqQsqCsA QdB C? C 2CdD、2Qd4、初速度均為零的質(zhì)子和粒子，

15、被同一加速電場(chǎng)加速后，垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，在離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)()A、兩種粒子通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的時(shí)間相同B、質(zhì)子通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的時(shí)間較短C、兩種粒子的偏轉(zhuǎn)角相等口 口粒子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能較大5、在電場(chǎng)中，電子在只受電場(chǎng)力的作用大，可能做A、勻速直線運(yùn)動(dòng) B 、勻變速直線C、勻變速曲線運(yùn)動(dòng) D、勻速圓周運(yùn)動(dòng)6、如圖1.3 16所示，在A板附近有一電子由靜止開(kāi)始向 B板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子到達(dá) B板時(shí)的速率，下列解釋正確的是()A、兩板間距越大，加速的時(shí)間就越長(zhǎng)，則獲得的速度越大B、兩板間距越小，加速度就越大，則獲得的速率越大C、與兩板間的距離無(wú)關(guān)，僅與加速電壓 U有關(guān)口以上解釋都不正確7

16、、如圖1.317所示，水平放置的兩個(gè)平行金屬板，上板帶負(fù)電,下板帶等量的正電，三個(gè)質(zhì)量相等，分別帶正電、負(fù)電和不帶電的粒子從極板的左側(cè)P點(diǎn)以相同的水平初速度進(jìn)入電 場(chǎng)中，分別落在正極板的a、b、c三處，由此可知（）A、粒子a帶正電，b不帶電，c帶負(fù)電B、三個(gè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等C、三個(gè)粒子在電場(chǎng)中的加速度aaab口 &8、圖1.318是一個(gè)說(shuō)明示波管工作原理的示意圖，電子經(jīng)電壓U加速后以速度u 0垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)量是h,兩平行板間的距離為d,電勢(shì)差U2,.板長(zhǎng)L,為了提高示波管的靈敏度（每單位電壓引!- 14一而 h. ，起的偏轉(zhuǎn)量U2 ）,可采用的方法是（）A、增大兩

17、板間電勢(shì)差U2B、盡可能使板長(zhǎng)L短些C、盡可能使板間距離d小一些DK使加速電壓U升高一些9、在豎直平面內(nèi)建立 xOy直角坐標(biāo)系，Oy表示豎直向上方向,如圖1.3 19所示，已知該平面內(nèi)存在沿X軸正向的區(qū)域足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng)，一個(gè)帶電小球從坐標(biāo)原點(diǎn) 。沿Oy方向以4J的初動(dòng)能豎直向上拋出，不計(jì)空氣阻力，它到達(dá)的最高點(diǎn)位置如圖中M點(diǎn)表示。求：(1)小球在M點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能Ekm；(2)設(shè)小球落回跟拋出點(diǎn)同一水平面時(shí)的位置為N,求小球到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能En。10、右圖所示為真空示波管的示意圖，電子從燈絲 K發(fā)出(初速 度不計(jì))，經(jīng)燈絲與A板間的加速電壓U加速，從A板中心孔沿中心 線KOI寸出，然后進(jìn)入由兩塊平

18、行金屬板 M N形成的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中(偏 轉(zhuǎn)電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng))，電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度與電場(chǎng)方向垂 直，電子經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)兵器打在熒光屏上的 P點(diǎn)，已知M N兩板間的電壓為U2,兩板間的距離為d,板長(zhǎng)為L(zhǎng),板右端到熒光屏的距離為1.2,電子的質(zhì)量為ny電荷量為e。求:(1)電子穿過(guò)A板時(shí)的速度大??；(2)電子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)的側(cè)移量;(3) P點(diǎn)到。點(diǎn)的距離【學(xué)后反思】參考答案自主學(xué)習(xí)、2、(1)逆時(shí)針增加升高增強(qiáng)無(wú)相等(2)減小降低減弱電場(chǎng)能3 、 (1) CS4 kd(2)4、不能相互絕緣電勢(shì)差U5、(1) Q U (2) C S-(3) C 9(4) E U4 kdUd2、2、(1)t -

19、 vo1 j qUl_22, v qUly at 2 vvx vytan 222mv0dv0 mv0dU2L2u2L4u1d2du1典型例題例1 解析選B,此題考查電容器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題。當(dāng)把絕組織活動(dòng)板P從電容器極板a、b之間拔出的過(guò)程中，由C 二號(hào)可知電容C減小，由于所加的電壓不變，所以電容器上所帶4 kd的電量減少，原來(lái)在a板上的正電荷就要由a板移動(dòng)到電源的正極, 在電路中形成電流，方向是從 a極板經(jīng)過(guò)電阻器R流向b極板。例2解析：(1) S接通，M N兩極間電壓就等于電池電動(dòng)勢(shì)，所以U不變，M板上移，板間距離d變大，根據(jù)c 上，C變小，4 kd由于Q=CU所以Q變?。挥捎贓 U,所以隨著

20、d變大E變??；由于 dp UpN EdpN隨著E變小，電勢(shì)降低，所以E增加。(2) S接通后再斷開(kāi)，電容器的帶電荷 量Q不變，N板上移，板間距離d變小，根據(jù)C 篇，C變大，由于U所以隨著C變大，U變小；根據(jù)E U Q Q ,可知E不變；由p UpN Egd d Cd Sgd4 kd 可知，隨著PN變小，p變??；因?yàn)閷⒇?fù)電荷從 N移到P,電場(chǎng)力的 功Wnp qEd隨pN變小，所以Ep增加例3 解析(1)當(dāng)最靠近上表面的煙塵果粒被吸附到下板時(shí)，煙 塵就被全部吸附，煙塵顆粒受到的電場(chǎng)力F qU/LL 1at2 qUt2 t 2mL 0.02s2 2mLqU(2)由于板間煙塵顆粒均勻分布，可以認(rèn)為煙塵

21、的質(zhì)心位于板間 中點(diǎn)位置，因此，除塵過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)煙塵所做總功為 W 1 NALqU 2.5 10 4J解法1:設(shè)煙塵顆粒下落距離為X.則板內(nèi)煙塵總動(dòng) 能，Ek m mv2 gNA(L x) q： xgNA(L x)當(dāng)x 2日寸，Ek達(dá)最大，x 2 at2解法2:假定所有煙塵集中于板中央，當(dāng)煙塵運(yùn)動(dòng)到下板時(shí),系統(tǒng)總動(dòng)能最大，則-atf,所以h +叵L 0.014s2 2qU例4 解析設(shè)電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后的速度為V0,有eU1 1 mv2,根據(jù)題意可知，電子經(jīng)YY時(shí)沒(méi)有偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)XX之后,偏轉(zhuǎn)距md離為x,偏轉(zhuǎn)角度為，則有l(wèi) v0t,x 1at2,a eU2,tan電設(shè)電子到達(dá)熒屏上時(shí)離中心的距離為r,則r x Ltan，要使電子都能打在熒光屏上,必須滿足條件：當(dāng)R=D/2時(shí)，U2 Um，解得Um 2dD U1l(l 2L)1250V針對(duì)訓(xùn)練1、選 R C 23、選 B、C 4、6、解答:(1)由題意得eUo得2eU0 meEmeUmd,LV12 at21 eU2 mdl2 g 20Ul4dU0如圖甲所示yV1l2 l22L ll gV12Ll Ul4dUo2SdU02L l(2)電子勻速上移,由式得U-Ul0 l4dU。2L l lS g2St(3)如圖乙所示能力訓(xùn)練1、選口 2、選 A、C 3、選C 4、選 B、C D 5、選日6、選C 7、選口 8、選C9、解答：