第3節(jié)《電容器與電容-帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》

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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理一、電容器、電容一、電容器、電容1電容器電容器(1)組成：由兩個(gè)彼此組成：由兩個(gè)彼此_又相互又相互_的導(dǎo)體組的導(dǎo)體組成成(2)帶電量：一個(gè)極板所帶電量的帶電量：一個(gè)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，充電后電容器兩板充電：使電容器帶電的過程，充電后電容器兩板帶上等量的帶上等量的_，電容器中儲(chǔ)存，電容器中儲(chǔ)存_放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中過程中_轉(zhuǎn)化為其他形式的能轉(zhuǎn)化為其他形式的能絕緣絕緣

2、靠近靠近絕對(duì)值絕對(duì)值異種電荷異種電荷電場(chǎng)能電場(chǎng)能電場(chǎng)能電場(chǎng)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(zhì)的成正比，與介質(zhì)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(duì)面積正對(duì)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，則電容器兩極板保持兩極板與電源相連，則電容器兩極板間間_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

3、提示：(1)電容器的電容大小是由本身的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特性決定的，與極板間電壓以及電容器帶電多少、帶不帶電荷無關(guān)多少、帶不帶電荷無關(guān)(2)電容器充、放電時(shí)，電流的方向可以由正電容器充、放電時(shí)，電流的方向可以由正電荷定向移動(dòng)的方向來確定電荷定向移動(dòng)的方向來確定電壓電壓電荷量電荷量二、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速(1)處理方法：利用動(dòng)能定理：處理方法：利用動(dòng)能定理：qU_(2)適用范圍：適用范圍：_2帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng)后

4、，帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng)后，做類平拋運(yùn)動(dòng)，軌跡為拋物線做類平拋運(yùn)動(dòng)，軌跡為拋物線垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向做垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向做_運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)：vxv0，xv0t.任何電場(chǎng)任何電場(chǎng)勻速直線勻速直線平行于場(chǎng)強(qiáng)方向做初速度為零的平行于場(chǎng)強(qiáng)方向做初速度為零的_運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)：勻加速直線勻加速直線圖圖631三、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(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空如圖抽成真空如圖632所示所示圖圖6322工作原理工作原理示波器是可以用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化情況示波器是可以用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化情況的一種電子儀器如果在偏轉(zhuǎn)電極的一

5、種電子儀器如果在偏轉(zhuǎn)電極XX上加橫向上加橫向掃描電壓，同時(shí)加在偏轉(zhuǎn)電極掃描電壓，同時(shí)加在偏轉(zhuǎn)電極YY上所要研究的上所要研究的信號(hào)電壓，電子束隨信號(hào)電壓的變化在縱向做信號(hào)電壓，電子束隨信號(hào)電壓的變化在縱向做豎直方向的掃描，其周期與偏轉(zhuǎn)電極豎直方向的掃描，其周期與偏轉(zhuǎn)電極XX的掃描的掃描電壓的周期相同，在熒光屏上就顯示出信號(hào)電電壓的周期相同，在熒光屏上就顯示出信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的圖線壓隨時(shí)間變化的圖線課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)1.(2010年高考北京理綜卷年高考北京理綜卷)用控制變量法，可以研究影響用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的

6、因素平行板電容器電容的因素(如圖如圖633)設(shè)兩極板正對(duì)設(shè)兩極板正對(duì)面積為面積為S，極板間的距離為，極板間的距離為d，靜電計(jì)指針偏角為，靜電計(jì)指針偏角為.實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若極板所帶電荷量不變，若()圖圖633A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保持保持d不變，減小不變，減小S，則，則不變不變結(jié)論：結(jié)論：不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場(chǎng)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)陔妶?chǎng)中的加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，它們?cè)陔妶?chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)距離總

7、是相同的偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)距離總是相同的圖圖634圖圖635A偏轉(zhuǎn)角度相同偏轉(zhuǎn)角度相同B偏轉(zhuǎn)距離相同偏轉(zhuǎn)距離相同C運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同 D動(dòng)能相同動(dòng)能相同答案：答案：AB三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是否考慮重力帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是否考慮重力(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、離子等粒子、離子等除有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重除有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力力(但并不忽略質(zhì)量但并不忽略質(zhì)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，

8、一般都不能忽除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力略重力即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)3如圖如圖636所示，水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電所示，水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場(chǎng)一根長為場(chǎng)一根長為l的絕緣細(xì)繩一端固定在的絕緣細(xì)繩一端固定在O點(diǎn)，另一端系有質(zhì)點(diǎn)，另一端系有質(zhì)量為量為m并帶有一定電荷的小球小球原來靜止在并帶有一定電荷的小球小球原來靜止在C點(diǎn)當(dāng)點(diǎn)當(dāng)給小球一個(gè)水平速度后，它能在豎直面內(nèi)繞給小球一個(gè)水平速度后，它能在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)周運(yùn)動(dòng)圖圖636若將兩板間的電壓增大為原來的若將兩板間的電壓增大為原來的3倍，求：倍，求：要使小球從要

9、使小球從C點(diǎn)開始在豎直面內(nèi)繞點(diǎn)開始在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，至少要給小球多大的水平速圓周運(yùn)動(dòng)，至少要給小球多大的水平速度？在這種情況下，在小球運(yùn)動(dòng)度？在這種情況下，在小球運(yùn)動(dòng)過程中細(xì)繩所受的最大拉力是多大？過程中細(xì)繩所受的最大拉力是多大？解析：解析：設(shè)原來的電場(chǎng)強(qiáng)度為設(shè)原來的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，小球帶電量，小球帶電量q.由題意可知：由題意可知：qEmg，兩者方向相反，當(dāng)板間電壓變?yōu)樵瓉淼模瑑烧叻较蛳喾?，?dāng)板間電壓變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí)，倍時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼膱?chǎng)強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?倍則電場(chǎng)力與重力的合力倍則電場(chǎng)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，

10、C點(diǎn)為點(diǎn)為等效最高點(diǎn)要使小球恰好能在豎直平面做圓周運(yùn)動(dòng)，必等效最高點(diǎn)要使小球恰好能在豎直平面做圓周運(yùn)動(dòng)，必須有：須有：F向向2mgmv2/l經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究有關(guān)電容器的動(dòng)態(tài)分析有關(guān)電容器的動(dòng)態(tài)分析 某電容式話筒的原理示意圖如圖某電容式話筒的原理示意圖如圖637所所示，示，E為電源，為電源，R為電阻，薄片為電阻，薄片P和和Q為兩金屬極板，為兩金屬極板，對(duì)著話筒說話時(shí)，對(duì)著話筒說話時(shí)，P振動(dòng)而振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)在可視為不動(dòng)在P、Q間距增大過程中間距增大過程中()AP、Q構(gòu)成的電容器的電容增大構(gòu)成的電容器的電容增大BP上電荷量保持不變上電荷量保持不變CM點(diǎn)的電勢(shì)比點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低點(diǎn)的低DM

11、點(diǎn)的電勢(shì)比點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高點(diǎn)的高圖圖637【答案】【答案】D 如圖如圖639所示，在傾角所示，在傾角37的絕緣斜面所的絕緣斜面所在空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)在空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)E4.0103 N/C，在斜面底端有一與斜面垂直的絕緣彈性擋板質(zhì)量，在斜面底端有一與斜面垂直的絕緣彈性擋板質(zhì)量m0.20 kg的帶電滑塊從斜面頂端由靜止開始滑下，滑到的帶電滑塊從斜面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度h0.24 m，滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.30，滑塊，滑塊帶電荷

12、帶電荷q0.50104 C取重力加速度取重力加速度g10 m/s2，sin370.60，cos370.80.求：求：帶電體在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電體在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)例例2圖圖639(1)滑塊從斜面最高點(diǎn)滑到斜面底端時(shí)的速度大小滑塊從斜面最高點(diǎn)滑到斜面底端時(shí)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)滑塊從開始運(yùn)動(dòng)到最后停下來的整個(gè)過程中產(chǎn)生滑塊從開始運(yùn)動(dòng)到最后停下來的整個(gè)過程中產(chǎn)生的熱量的熱量Q.(計(jì)算結(jié)果保留計(jì)算結(jié)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(shì)能滑塊最終將靜止在斜面底端，因此重力勢(shì)能和電勢(shì)能的減少

13、量等于克服摩擦力做的功，即和電勢(shì)能的減少量等于克服摩擦力做的功，即等于產(chǎn)生的熱能，等于產(chǎn)生的熱能，Q(mgqE)h0.96 J.【答案答案】見解析見解析【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】(1)由于帶電微粒在勻強(qiáng)電場(chǎng)中所由于帶電微粒在勻強(qiáng)電場(chǎng)中所受電場(chǎng)力與重力都是恒力，因此其處理方法可用受電場(chǎng)力與重力都是恒力，因此其處理方法可用正交分解法先將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)互相正正交分解法先將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)互相正交的簡單的直線運(yùn)動(dòng)，而這兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律交的簡單的直線運(yùn)動(dòng)，而這兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律我們可以掌握，然后再按運(yùn)動(dòng)合成的觀點(diǎn)，去求我們可以掌握，然后再按運(yùn)動(dòng)合成的觀點(diǎn)，去求出復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的相關(guān)物理量出復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的相關(guān)

14、物理量(2)用能量觀點(diǎn)處理帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，用能量觀點(diǎn)處理帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，從功能觀點(diǎn)出發(fā)分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，在從功能觀點(diǎn)出發(fā)分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，在對(duì)帶電粒子受力情況和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)對(duì)帶電粒子受力情況和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，再考慮應(yīng)用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律上，再考慮應(yīng)用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律(動(dòng)能定理、能量轉(zhuǎn)化動(dòng)能定理、能量轉(zhuǎn)化守恒定律等守恒定律等)解題解題帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)例例3 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，的電子束，連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線OO射入，已知極板長射入，已知極板長l4 cm，板間距離，板間距離d1 cm，板右端距離熒光屏，板右端距離熒光屏PQ為為L18 cm.【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】由于電子經(jīng)過板間的時(shí)間極短，由于電子經(jīng)過板間的時(shí)間極短，遠(yuǎn)小于交變電壓的周期，因此，在電子經(jīng)過板遠(yuǎn)小于交變電壓的周期，因此，在電子經(jīng)過板間的過程中，可認(rèn)為板間電壓不變，因此電子間的過程中，可認(rèn)為板間電壓不變，因此電子在板間的運(yùn)動(dòng)可認(rèn)為是類平拋運(yùn)動(dòng)，但不同電在板間的運(yùn)動(dòng)可認(rèn)為是類平拋運(yùn)動(dòng)，但不同電壓值對(duì)應(yīng)電子不同的偏移量，沿金屬板邊緣射壓值對(duì)應(yīng)電子不同的偏移量，沿金屬板邊緣射出的電子對(duì)應(yīng)屏上線段的最上端和最下端出的電子