第6章第三節(jié)《電容器與電容_帶電粒子在電場中的運動》

1、第三節(jié)電容器與電容第三節(jié)電容器與電容 帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動知識回顧知識回顧一、電容器、電容一、電容器、電容1電容器電容器(1)組成：由兩個彼此組成：由兩個彼此_又相互又相互_的導體的導體組成組成(2)帶電量：一個極板所帶電量的帶電量：一個極板所帶電量的_(3)電容器的充、放電電容器的充、放電充電：使電容器帶電的過程，充電后電容器兩充電：使電容器帶電的過程，充電后電容器兩板帶上等量的板帶上等量的_，電容器中儲存，電容器中儲存_放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中電過程中_轉化為其他形式的能轉化為其他形式的能絕緣絕緣靠近靠

2、近絕對值絕對值異種電荷異種電荷電場能電場能電場能電場能2電容電容(1)定義式：定義式： _(2)單位：法拉單位：法拉(F)，1 F_F1012pF3平行板電容器平行板電容器(1)影響因素：平行板電容器的電容與影響因素：平行板電容器的電容與_成正比，與介質的成正比，與介質的_成正比，與兩極成正比，與兩極板間板間_成反比成反比106正對面積正對面積介電常數(shù)介電常數(shù)距離距離(2)決定式：決定式：C ，k為靜電力常量為靜電力常量保持兩極板與電源相連，則電容器兩極板間保持兩極板與電源相連，則電容器兩極板間_不變不變充電后斷開電源，則電容器所帶的充電后斷開電源，則電容器所帶的_不變不變特別提示：特別提示：

3、(1)電容器的電容大小是由本身的特電容器的電容大小是由本身的特性決定的，與極板間電壓以及電容器帶電多少、性決定的，與極板間電壓以及電容器帶電多少、帶不帶電荷無關帶不帶電荷無關(2)電容器充、放電時，電流的方向可以由正電電容器充、放電時，電流的方向可以由正電荷定向移動的方向來確定荷定向移動的方向來確定電壓電壓電荷量電荷量二、帶電粒子在電場中的運動二、帶電粒子在電場中的運動1帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速(1)處理方法：利用動能定理：處理方法：利用動能定理：qU(2)適用范圍：適用范圍：_2帶電粒子在電場中的偏轉帶電粒子在電場中的偏轉帶電粒子以垂直勻強電場的場強方向進入電場帶電粒子以

4、垂直勻強電場的場強方向進入電場后，做類平拋運動，軌跡為拋物線后，做類平拋運動，軌跡為拋物線垂直于場強方向做垂直于場強方向做_運動：運動：vxv0，xv0t.任何電場任何電場勻速直線勻速直線平行于場強方向做初速度為零的平行于場強方向做初速度為零的_運動：運動：勻加速直線勻加速直線三、示波管三、示波管1示波管裝置示波管裝置示波管由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成，管內(nèi)示波管由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空如圖所示抽成真空如圖所示2工作原理工作原理示波器是可以用來觀察電信號隨時間變化情況示波器是可以用來觀察電信號隨時間變化情況的一種電子儀器如果在偏轉電極的一種電子儀器如果在偏轉電極XX上加橫

5、上加橫向掃描電壓，同時加在偏轉電極向掃描電壓，同時加在偏轉電極YY上所要研究上所要研究的信號電壓，電子束隨信號電壓的變化在縱向的信號電壓，電子束隨信號電壓的變化在縱向做豎直方向的掃描，其周期與偏轉電極做豎直方向的掃描，其周期與偏轉電極XX的的掃描電壓的周期相同，在熒光屏上就顯示出信掃描電壓的周期相同，在熒光屏上就顯示出信號電壓隨時間變化的圖線號電壓隨時間變化的圖線例題例題1 如圖甲為示波管的原理圖如果在電極如圖甲為示波管的原理圖如果在電極YY之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，在電極在電極XX之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律變化，

6、則在熒光屏上會看到的圖形是圖丁中的變化，則在熒光屏上會看到的圖形是圖丁中的()甲甲丙丙乙乙ADCB課堂講練課堂講練即時訓練即時訓練1.(2010北京理綜北京理綜)用控制變量法，可以研究影響平用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素行板電容器電容的因素(如圖如圖)設兩極板正對面設兩極板正對面積為積為S，極板間的距離為，極板間的距離為d，靜電計指針偏角為，靜電計指針偏角為.實驗中，極板所帶電荷量不變，若實驗中，極板所帶電荷量不變，若()A保持保持S不變，增大不變，增大d，則，則變大變大B保持保持S不變，增大不變，增大d，則，則變小變小C保持保持d不變，減小不變，減小S，則，則變小變小D保持

7、保持d不變，減小不變，減小S，則，則不變不變結論：結論：不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進入同一偏轉電場，它們在電場中的加速后進入同一偏轉電場，它們在電場中的偏轉角度和偏轉距離總是相同的偏轉角度和偏轉距離總是相同的A偏轉角度相同偏轉角度相同B偏轉距離相同偏轉距離相同C運動時間相同運動時間相同 D動能相同動能相同三、帶電粒子在復合場中的運動三、帶電粒子在復合場中的運動1帶電粒子在電場中的運動是否考慮重力帶電粒子在電場中的運動是否考慮重力(1)基本粒子：如電子、質子、基本粒子：如電子、質子、粒子、離子等粒子、離子等除有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮除有說明

8、或明確的暗示以外，一般都不考慮重力重力(但并不忽略質量但并不忽略質量)(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，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，一般都不能除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力忽略重力例題例題1、如圖所示，水平放置的平行金屬板間有、如圖所示，水平放置的平行金屬板間有勻強電場一根長為勻強電場一根長為l的絕緣細繩一端固定在的絕緣細繩一端固定在O點，點，另一端系有質量為另一端系有質量為m并帶有一定電荷的小球小并帶有一定電荷的小球小球靜止在球靜止在C點當給小球一個水平速度后，它能點當給小球一個水平速度后，它能在豎直面內(nèi)繞在豎直面內(nèi)繞O點做勻速

9、圓周運動若將兩板間點做勻速圓周運動若將兩板間的電壓增大為原來的的電壓增大為原來的3倍，倍， 求：要使小球從求：要使小球從C點開始在點開始在豎直面內(nèi)繞豎直面內(nèi)繞O點做圓周運動，點做圓周運動，至少要給小球多大的水平速至少要給小球多大的水平速度？度？ 在這種情況下，在小球運在這種情況下，在小球運動過程中細繩所受的最大拉動過程中細繩所受的最大拉力是多大？力是多大？解析：解析：設原來的電場強度為設原來的電場強度為E，小球帶電量，小球帶電量q.由題意可由題意可知：知：qEmg，兩者方向相反，當板間電壓變?yōu)樵瓉淼?，兩者方向相反，當板間電壓變?yōu)樵瓉淼?倍時，場強變?yōu)樵瓉淼谋稌r，場強變?yōu)樵瓉淼?倍則電場力與重力

10、的合力倍則電場力與重力的合力F合合3qEmg2mg，方向向上即等效重力的大小為，方向向上即等效重力的大小為2mg，C點為等效最高點要使小球恰好能在豎直平面點為等效最高點要使小球恰好能在豎直平面做圓周運動，必須有：做圓周運動，必須有：F向向2mgmv2/l 例題例題1 (2010重慶理綜重慶理綜)某電容式話筒的原某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，理示意圖如圖所示，E為電源，為電源，R為電阻，為電阻，薄片薄片P和和Q為兩金屬極板，對著話筒說話時，為兩金屬極板，對著話筒說話時，P振動而振動而Q可視為不動在可視為不動在P、Q間距增大過間距增大過程中程中()AP、Q構成的電容器的電容增大構成的電容器的電

11、容增大BP上電荷量保持不變上電荷量保持不變CM點的電勢比點的電勢比N點的低點的低DM點的電勢比點的電勢比N點的高點的高題型探究題型探究題型一題型一 有關電容器的動態(tài)分析有關電容器的動態(tài)分析 變式訓練變式訓練1一平行板電容器充電后與電源斷開，一平行板電容器充電后與電源斷開，負極板接地，在兩極板間有一正電荷負極板接地，在兩極板間有一正電荷(電荷量很小電荷量很小)固定在固定在P點，如圖所示，以點，如圖所示，以E表示兩極板間的場強，表示兩極板間的場強，U表示電容器的電壓，表示電容器的電壓，W表示正電荷在表示正電荷在P點的電勢點的電勢能若負極板不動，將正極板移到圖中虛線所示能若負極板不動，將正極板移到圖

12、中虛線所示的位置的位置()AU變小，變小，E不變不變BE變大，變大，W變大變大CU變小，變小，W不變不變 DU不變，不變，W不變不變2練習、一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為練習、一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為d d，極板分，極板分別與電池兩極相連，上極板中心有一小孔（小孔對電場的影別與電池兩極相連，上極板中心有一小孔（小孔對電場的影響可忽略不計）。小孔正上方響可忽略不計）。小孔正上方 處的處的P P點有一帶電粒子，該粒點有一帶電粒子，該粒子從靜止開始下落，經(jīng)過小孔進入電容器，并在下極板處子從靜止開始下落，經(jīng)過小孔進入電容器，并在下極板處（未與極板接觸）返回。若將下極板向上平移（未

13、與極板接觸）返回。若將下極板向上平移 ，則從，則從P P點開點開始下落的相同粒子將始下落的相同粒子將A A打到下極板上打到下極板上 B B在下極板處返回在下極板處返回C C在距上極板在距上極板 處返回處返回 D D在距上極板在距上極板 處返回處返回2d3d2d52d練習、如圖所示，一質量為練習、如圖所示，一質量為m m、電荷量為、電荷量為q q的小的小球在電場強度為球在電場強度為E E的勻強電場中，以初速度的勻強電場中，以初速度沿沿直線直線ONON向上做勻變速運動，直線向上做勻變速運動，直線ONON與水平面的與水平面的夾角為夾角為3030若小球在初始位置的電勢能為零，若小球在初始位置的電勢能為

14、零，重力加速度為重力加速度為g g，且，且mg= =Eq，則（，則（ ）A A小球運動的加速度大小為小球運動的加速度大小為g gB B小球最大位移的大小為小球最大位移的大小為 C C小球運動的最長時間為小球運動的最長時間為 D D小球電勢能的最大值為小球電勢能的最大值為 gv22gv242mv 例題例題1 如圖所示，在傾角如圖所示，在傾角37的絕緣斜面的絕緣斜面所在空間存在著豎直向上的勻強電場，場強所在空間存在著豎直向上的勻強電場，場強E4.0103 N/C，在斜面底端有一與斜面垂直的絕，在斜面底端有一與斜面垂直的絕緣彈性擋板質量緣彈性擋板質量m0.20 kg的帶電滑塊從斜面的帶電滑塊從斜面頂

15、端由靜止開始滑下，滑到斜面底端與擋板相碰頂端由靜止開始滑下，滑到斜面底端與擋板相碰后以碰前的速率返回已知斜面的高度后以碰前的速率返回已知斜面的高度h0.24 m，滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)0.30，滑塊帶電荷，滑塊帶電荷q0.50104 C取重力加速度取重力加速度g10 m/s2，sin370.60，cos37 0.80.求：求：題型二題型二 帶電體在勻強電場中的運動帶電體在勻強電場中的運動(1)滑塊從斜面最高點滑到斜面底端時的速度大小滑塊從斜面最高點滑到斜面底端時的速度大小(2)滑塊被擋板彈回能夠沿斜面上升的最大高度滑塊被擋板彈回能夠沿斜面上升的最大高度(3)滑塊從開始

16、運動到最后停下來的整個過程中產(chǎn)生滑塊從開始運動到最后停下來的整個過程中產(chǎn)生的熱量的熱量Q.(計算結果保留計算結果保留2位有效數(shù)字位有效數(shù)字)(3)滑塊最終將靜止在斜面底端，因此重力勢滑塊最終將靜止在斜面底端，因此重力勢能和電勢能的減少量等于克服摩擦力做的功，能和電勢能的減少量等于克服摩擦力做的功，即等于產(chǎn)生的熱能，即等于產(chǎn)生的熱能，Q(mgqE)h0.96 J.練習、練習、如圖所示，兩塊平行金屬板如圖所示，兩塊平行金屬板M、N豎直豎直放置，兩板間的電勢差放置，兩板間的電勢差U1.5103 V，現(xiàn)將，現(xiàn)將一質量一質量m1102 kg、電荷量、電荷量q4105 C的帶電小球從兩板上方的的帶電小球從

17、兩板上方的A點以點以v04 m/s的初的初速度水平拋出，且小球恰好從靠近速度水平拋出，且小球恰好從靠近M板上端處板上端處進入兩板間，沿直線進入兩板間，沿直線運動碰到運動碰到N板上的板上的B點點已知已知A點距兩板上端的點距兩板上端的高度高度h0.2 m，不計空，不計空氣阻力，取氣阻力，取g10 m/s2.求：求：(1)M、N兩板間的距離兩板間的距離d；(2)小球到達小球到達B點時的動能點時的動能答案：答案：(1)0.3 m(2)0.175 J題型三題型三 帶電粒子在交變電場中的運動帶電粒子在交變電場中的運動例題例題1 如圖所示，真空室中速度如圖所示，真空室中速度v01.6107 m/s的電子束，連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線的電子束，連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線OO射射入，已知極板長入，已知極板長l4 cm，板間距離，板間距離d1 cm，板，板右端距離熒光屏右端距離熒光屏PQ為為L18 cm.練習、練習、真空中足夠大的兩個相互平行的金屬