電容器 帶電粒子在電場中的運(yùn)動學(xué)案 新課標(biāo)

1、電容器 帶電粒子在電場中的運(yùn)動課時安排：3課時教學(xué)目標(biāo)：1理解電容器的電容，掌握平行板電容器的電容的決定因素2熟練應(yīng)所學(xué)電場知識分析解決帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動問題3掌握示波管工作原理4運(yùn)用靜電場的有關(guān)概念和規(guī)律解決物理問題教學(xué)重點：1電容器的電容，平行板電容器的電容的決定因素2帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動教學(xué)難點：電容器的電容考點點撥：1對電容的理解2平行板電容器電容的決定因素3電容器的動態(tài)分析4電容器與恒定電流相聯(lián)系5帶電粒子在電場中的平衡問題6帶電粒子（或帶電體）在電場中的加速問題（包括交變電場）7帶電粒子（或帶電體）在電場中的偏轉(zhuǎn)問題8帶電粒子（或帶電體）在電場中運(yùn)動的綜合問題第一課時

2、（3）帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)如圖所示，質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長為L版間距離為d的平行版電容器間，兩板間電壓為 U，求射出時的偏移、偏轉(zhuǎn)角 U L dv0m，qyvt側(cè)移：_千萬不要死記公式，要清楚物理過程，根據(jù)不同的已知條件，結(jié)論改用不同的表達(dá)形式（已知初速度、初動能、或加速電壓等）偏轉(zhuǎn)角：_注意穿出時刻的末速度的反向延長線與初速度方向交于中點位置，以上結(jié)論適用于帶電粒子能從勻強(qiáng)磁場中穿出的情況如果帶電粒子沒有從電場中穿出，此時水平位移不再等于板長L，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行分析（二）重難點闡釋5帶電微粒在電場和重力場的復(fù)合場中的運(yùn)動一般提到的帶電粒子由于重力遠(yuǎn)小于它在

3、電場中受到的電場力，所以其重力往往忽略不計，但當(dāng)帶電體（或微粒）的重力跟電場力大小相差不大時，就不能忽略重力的作用了，這樣的帶電微粒在電場中可能處于靜止，也可能做直線運(yùn)動或曲線運(yùn)動處理此類問題的基本思路，一是電場力當(dāng)作力學(xué)中的一個力看待，然后按研究力學(xué)問題的基本方法，從力和運(yùn)動或能量轉(zhuǎn)換兩條途徑展開；二是把該物體看作處于電場和重力場同時存在的復(fù)合場中，對于這兩種不同性質(zhì)的場，同樣可以用場強(qiáng)疊加原理處理二、典型應(yīng)用（一）對電容的理解考點點撥電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量由電容器本身的介質(zhì)特性與幾何尺寸決定，與電容器是否帶電，帶電量的多少、板間電勢差的大小等均無關(guān)【例1】對電容C=Q/U，以

4、下說法正確的是： A電容器充電量越大，電容增加越大B電容器的電容跟它兩極所加電壓成反比C電容器的電容越大，所帶電量就越多D對于確定的電容器，它所充的電量跟它兩極板間所加電壓的比值保持不變解析：電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，與電容器是否帶電，帶電量的多少、板間電勢差的大小等均無關(guān)故D正確答案：D 練習(xí)：1某一電容器標(biāo)注的是：“300V，5F”，則下述說法正確的是 （ ）A該電容器可在300V以下電壓正常工作B該電容器只能在300V電壓時正常工作C電壓是200V時，電容仍是5FD使用時只需考慮工作電壓，不必考慮電容器的引出線與電源的哪個極相連（二）平行板電容器電容的決定因素考點點撥平行板電

5、容器的電容與板間距離d成反比，與兩半正對面積S成正比，與板間介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，其決定式是：練習(xí)：金屬芯線導(dǎo)電液體電介質(zhì)h21999年7月12日日本原子能公司所屬敦賀灣核電站由于水管破裂導(dǎo)致高輻射冷卻劑外流，在檢測此次重大事故中應(yīng)用了非電量變化（冷卻劑 外泄使管中液面變化）轉(zhuǎn)移為電信號的自動化測量技術(shù).圖是一種通過檢測電容器電容的變化來檢測液面高低的儀器原理圖，容器中裝有導(dǎo)電液體，是電容器的一個電極，中間的芯柱是電容器的另一個電極，芯柱外面套有絕緣管（塑料或橡皮）作為電介質(zhì)，電容器的兩個電極分別用導(dǎo)線接在指示器上，指示器上顯示的是電容的大小，但從電容的大小就可知容器中液面位置的高低，為此，以

6、下說法中正確的是A如果指示器顯示出電容增大了，則兩電極正對面積增大，必液面升高B如果指示器顯示電容減小了，則兩電極正對面積增大，必液面升高C如果指示器顯示出電容增大了，則兩電極正對面積減小，液面必降低D如果指示器顯示出電容減小了，則兩電極正對面積增大，液面必降低（三）電容器的動態(tài)分析考點點撥平行板電容器動態(tài)分析這類問題的關(guān)鍵在于弄清哪些是變量，哪些是不變量，在變量中哪些是自變量哪些是因變量，同時注意理解平行板電容器演示實驗現(xiàn)象的實質(zhì)，一般分兩種基本情況：一是電容器兩極板的電勢差U保持不變（與電源連接）；二是電容器的帶電量Q保持不變（與電源斷開）電容器和電源連接如圖，改變板間距離、改變正對面積或

7、改變板間電解質(zhì)材料，都會改變其電容，從而可能引起電容器兩板間電場的變化這里一定要分清兩種常見的變化： K（1）電鍵K保持閉合，則電容器兩端的電壓恒定（等于電源電動勢），這種情況下帶電量而（2）充電后斷開K，保持電容器帶電量Q恒定，這種情況下【例4】一平行板電容器充電后與電源斷開，負(fù)極板接地，在兩極板間有一正電荷（電量很?。┕潭ㄔ赑點，如圖所示，以E表示兩極板間的場強(qiáng)，U表示電容器的電壓，W表示正電荷在P點的電勢能若保持負(fù)極板不動，將正極板移到圖中虛線所示的位置，則（）AU變小，E不變PBE變大，W變大CU變小，W不變DU不變，W不變解析：當(dāng)平行板電容器充電后與電源斷開時，對有關(guān)物理量變化的討論

8、，要注意板間場強(qiáng)的一個特點： ，即對于介質(zhì)介電常數(shù)為的平行板電容器而言，兩極間場強(qiáng)只與極板上單位面積的帶電量成正比帶電量Q不變，兩極間場強(qiáng)E保持不變，由于板間d距離減小，據(jù)可知，電容器的電壓變小由于場強(qiáng)E保持不變，因此，P點與接地的負(fù)極板即與地的電勢差保持不變，即點P的電勢保持不變，因此電荷在P點的電勢能W保持不變所以本題應(yīng)選AC答案：AC 第二課時（四）電容器與恒定電流相聯(lián)系考點點撥在直流電路中，電容器的充電過程非常短暫，除充電瞬間以外，電容器都可以視為斷路應(yīng)該理解的是：電容器與哪部分電路并聯(lián)，電容器兩端的電壓就必然與哪部分電路兩端電壓相等解析：開關(guān)斷開時，電容、兩端電壓相等，均為E，因為，

9、由知，即，所以正確；當(dāng)開關(guān)K接通時，與串聯(lián)，通過R1和R2的電流相等，與并聯(lián)，與并聯(lián)，故的電壓為，的電壓為又，又，所以即兩電容的電量相等；所以正確選項應(yīng)為A答案：A（五）帶電粒子（或帶電體）在電場中的平衡問題考點點撥在歷年高考試題中，常常是電場知識與力學(xué)知識聯(lián)系起來考查解答這一類題目的關(guān)鍵還是在力學(xué)上當(dāng)帶電體在電場中處于平衡狀態(tài)時，只要在對物體進(jìn)行受力分析時，注意分析帶電體所受的電場力，再應(yīng)用平衡條件即可求解練習(xí)：6質(zhì)量為m的帶正電小球A懸掛在絕緣細(xì)線上，且處在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中，當(dāng)小球A靜止時，細(xì)線與豎直方向成30°角，已知此電場方向恰使小球受到的電場力最小，則小球所帶的電量應(yīng)為

10、A BC D （六）帶電粒子（或帶電體）在電場中的加速問題考點點撥對于此類問題，首先對物體受力分析，進(jìn)而分析物體的運(yùn)動情況（加速或減速，是直線還是曲線運(yùn)動等），常常用能量的觀點求解（1）若選用動能定理，則要分清有多少個力做功，是恒力功還是變力功，以及初態(tài)和末態(tài)的動能增量（2）若選用能量守恒定律，則要分清有多少種形式的能在轉(zhuǎn)化，哪種能量是增加的，那種能量是減少的練習(xí)：7如圖所示，兩平行金屬板豎直放置，左極板接地，中間有小孔右極板電勢隨時間變化的規(guī)律如圖所示電子原來靜止在左極板小孔處（不計重力作用）下列說法中正確的是-U0U0OT 2TtA從t=0時刻釋放電子，電子將始終向右運(yùn)動，直到打到右極板上

11、B從t=0時刻釋放電子，電子可能在兩板間往復(fù)運(yùn)動C從t=T/4時刻釋放電子，電子可能在兩板間振動，也可能打到右極板上D從t=3T/8時刻釋放電子，電子必將打到左極板上第三課時（七）帶電粒子（或帶電體）在電場中的偏轉(zhuǎn)問題考點點撥U L dv0m，qyvt如圖所示，質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長L板間距離為d的平行板電容器間，兩板間電壓為U，求射出時的側(cè)移、偏轉(zhuǎn)角和動能增量等解題方法：分解為兩個獨立的分運(yùn)動：平行極板的勻速運(yùn)動（運(yùn)動時間由此分運(yùn)動決定），垂直極板的勻加速直線運(yùn)動，偏角：，推論：穿越電場過程的動能增量：EK=qEy （注意，一般來說不等于qU）（八）帶電粒

12、子（或帶電體）在電場中運(yùn)動的綜合問題考點點撥當(dāng)帶電體的重力和電場力大小可以相比時，不能再將重力忽略不計這時研究對象經(jīng)常被稱為“帶電微?！?、“帶電塵埃”、“帶電小球”等等這時的問題實際上變成一個力學(xué)問題，只是在考慮能量守恒的時候需要考慮到電勢能的變化-+OC【例9】 已知如圖，水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場一根長l的絕緣細(xì)繩一端固定在O點，另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球小球原來靜止在C點當(dāng)給小球一個水平?jīng)_量后，它可以在豎直面內(nèi)繞O點做勻速圓周運(yùn)動若將兩板間的電壓增大為原來的3倍，求：要使小球從C點開始在豎直面內(nèi)繞O點做圓周運(yùn)動，至少要給小球多大的水平?jīng)_量？在這種情況下，在小球運(yùn)動過程中

13、細(xì)繩所受的最大拉力是多大？【例10】在光滑絕緣水平面上，兩個帶等量正電的點電荷M、N，分別固定在A、B兩點，O為AB連線的中點，CD為AB的垂直平分線。在CO之間的F點由靜止釋放一個帶負(fù)電的小球P（設(shè)不改變原來的電場分布），在以后的一段時間內(nèi)，P在CD連線上做往復(fù)運(yùn)動。若 （A）小球P的帶電量緩慢減小，則它往復(fù)運(yùn)動過程中振幅不斷減小 （B）小球P的帶電量緩慢減小，則它往復(fù)運(yùn)動過程中每次經(jīng)過O點時的速率不斷減小 （C）點電荷M、N的帶電量同時等量地緩慢增大，則小球P往復(fù)運(yùn)動過程中周期不斷減小 （D）點電荷M、N的帶電量同時等量地緩慢增大，則小球P往復(fù)運(yùn)動過程中振幅不斷減小 答案：BCD解析：設(shè)小球在FO運(yùn)動時電場力做功為W1，在OF運(yùn)動時克服電場力做功W2；在FO運(yùn)動時電場力做功W3，當(dāng)場強(qiáng)分布不變，小球P電量減小時，W1W2，由WEqd定性判斷可知dFOdFO，故振幅增大，A錯；W2>W3，故經(jīng)過O點時的動能比前一次的