第三課時(shí)電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).

1、第三課時(shí)電容帶電粒子第三課時(shí)電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 在靜電屏蔽現(xiàn)象中，金屬網(wǎng)罩可以使罩內(nèi)不受外界 的影響如果把金屬罩還可以使罩內(nèi)的帶電體對(duì)外界不發(fā)生影響電場(chǎng)電場(chǎng)接地接地 1電容器 (1)組成：兩個(gè)彼此 且又 的導(dǎo)體 (2)帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量的 2電容 (1)定義：電容器所帶的與電容器兩極板間的的比值 (2)意義：表示電容器容納電荷 的物理量 (3)定義式：C (4)單位：1法拉(F) 微法(F) 皮法(pF)互相靠近互相靠近絕對(duì)值絕對(duì)值電荷量電荷量電勢(shì)差電勢(shì)差本領(lǐng)本領(lǐng)1061012絕緣絕緣 3平行板電容器的電容 (1)決定因素 平行板電容器的電容C跟板間電介質(zhì)的介電

2、常數(shù)成，跟正對(duì)面積S成，跟極板間的距離d成 (2)決定式：C (3)熟記兩點(diǎn) 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，則電容器的不變正比正比正比正比反比反比電壓電壓電荷量電荷量 1運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，受到的電場(chǎng)力方向與運(yùn)動(dòng)方向上，做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 2分析方法 (1)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(電場(chǎng)必須是勻強(qiáng)電場(chǎng))：在一條直線在一條直線 (2)用功能觀點(diǎn) 粒子只受電場(chǎng)力作用，其動(dòng)能的變化等于電場(chǎng)力對(duì)它做的功 研究帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，是否考慮重力要依據(jù)具體情況而定： (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

3、都不考慮重力 (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 1運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 不計(jì)重力的帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，受到與初速度方向垂直的電場(chǎng)力作用而做運(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))方向方向勻變速曲線勻變速曲線 2分析方法 (1)處理方法 類平拋運(yùn)動(dòng)可分解為沿初速度方向的運(yùn)動(dòng)和垂直初速度方向的初速度為零的勻速直線勻速直線勻加速直線運(yùn)動(dòng)勻加速直線運(yùn)動(dòng) (2)有關(guān)物理量 如下圖所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子以初速度v0沿中軸線射入 在垂直場(chǎng)強(qiáng)方向做勻速運(yùn)動(dòng)：vxv0， 穿越電場(chǎng)時(shí)間：t. 在電場(chǎng)方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)：a 離開電場(chǎng)時(shí)y方向分速度：

4、vyat 離開電場(chǎng)時(shí)y方向上的位移：yat2 離開電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角的正切值：tan l/v0 1.1使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的箔片張開下列各圖表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況，正確的是() 【解析】使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器，驗(yàn)電器發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，若金屬球帶正電，靠近驗(yàn)電器，驗(yàn)電器上的小球帶負(fù)電，下端金屬箔帶等量的正電，金屬箔張開，選項(xiàng)A、C均錯(cuò)誤；若金屬球帶負(fù)電，驗(yàn)電器上的小球帶正電，下端金屬箔帶等量的負(fù)電，金屬箔張開，選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)誤 【答案】B 21電子線路上有一個(gè)已充電的電容器，若使它的電荷量減少3106 C，則其電壓降為原電壓的 下列說法正確的是() A電容器原來

5、的電荷量是9106 C B電容器原來的電荷量是4.5106 C C電容器原來的電壓可能是5 V D電容器原來的電壓可能是5107 V 【答案】BC 22 如下圖所示，A、B為兩塊豎直放置的平行金屬板，G是靜電計(jì)，開關(guān)S合上后，靜電計(jì)指針張開一個(gè)角度下述做法可使指針張角增大的是() A使A、B兩板靠近些 B使A、B兩板正對(duì)面積錯(cuò)開些 C斷開S后，使B板向左平移減小板間距 D斷開S后，使A、B板錯(cuò)位正對(duì)面積減小【答案】D 【解析】本題考查平行板電容器的性質(zhì)及兩類問題由于靜電計(jì)的金屬球與A板等勢(shì)，外殼與B板等勢(shì)(電勢(shì)都為零)，因此靜電計(jì)測(cè)量的是電容器兩板間的電壓，如果S一直閉合，則兩板間的電壓始終等

6、于電源的電動(dòng)勢(shì)，靜電計(jì)的張角不會(huì)改變，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；如果使開關(guān)S斷開，電容器上帶電量一定，由U 可知，當(dāng)兩板間的距離減小時(shí)，U變小，靜電計(jì)的張角變小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)兩板間的正對(duì)面積減小，則兩板間的電壓增大，靜電計(jì)的張角增大，D項(xiàng)正確本題難度中等 【答案】D 31在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，將質(zhì)子和粒子由靜止釋放，若不計(jì)重力，當(dāng)它們獲得相同動(dòng)能時(shí)，質(zhì)子經(jīng)歷時(shí)間t1與粒子經(jīng)歷的時(shí)間t2之比為() A1 1 B1 2 C2 1 D4 1 【解析】設(shè)粒子由v00經(jīng)勻強(qiáng)電場(chǎng)E加速后的末速度為v，則由牛頓第二定律有【答案答案】B 41如下圖所示，在真空中帶電粒子P1和P2先后以相同的初速度從O點(diǎn)射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，它們的初速度

7、垂直于電場(chǎng)強(qiáng)度方向，偏轉(zhuǎn)之后分別打在B、C點(diǎn)，且ABBC，P1所帶電荷量為P2的3倍，則P1、P2的質(zhì)量之比m1m2為() A3 2B2 3 C4 3 D3 4 【解析】設(shè)OA高度為h，場(chǎng)強(qiáng)為E，初速度為v0.P1、P2的運(yùn)動(dòng)都為類平拋運(yùn)動(dòng)，在豎直方向： 【答案答案】D 1某電容器上標(biāo)有“25 F450 V”字樣，下列對(duì)該電容器的說法正確的是() A要使該電容器兩極板之間電壓增加1 V，所需電荷量為2.5105 C B要使該電容器帶電荷量1 C，兩極板之間需加電壓2.5105 V C該電容器能夠容納的電荷量最多為2.5105 C D該電容器能夠承受的最大電壓為450 V 【解析】由電容器電容的

8、定義CQ/U可得，CQ/U，QCU，要使該電容器兩極板之間電壓增加U1 V，所需電荷量為Q2.5105 C，A正確，B錯(cuò)誤；該電容器能夠容納的電荷量最多為QCU2.51054501.125102 C，C錯(cuò)誤；電容器上所標(biāo)的450 V是電容器的額定電壓，是電容器長(zhǎng)期工作時(shí)所能隨受的電壓，低于擊穿電壓，該電容器能夠承受的最大電壓大于450 V，D錯(cuò)誤 【答案】A 二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題 1如下圖所示作粒子速度的反向延長(zhǎng)線，與初速度方向交于O點(diǎn)，O點(diǎn)與電場(chǎng)邊緣的距離為x，則 結(jié)論：不論帶電粒子的m、q如何，只要經(jīng)過同一加速電場(chǎng)加速，再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，它們飛出電場(chǎng)時(shí)的偏移量y和偏轉(zhuǎn)角都是相同的，

9、也就是軌跡完全重合 2幾種不同的正離子都從靜止開始經(jīng)一定的電勢(shì)差加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)已知它們?cè)陔妶?chǎng)中的偏轉(zhuǎn)軌跡完全相同，則() A它們是經(jīng)相同的電勢(shì)差加速后射入的 B被加速后它們一定具有相同的速度 C被加速后它們一定具有相同的動(dòng)能 D它們射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)速度一定相同 【答案】A 平行板電容器的兩極板A、B接于電池兩極，一帶正電小球懸掛在電容器內(nèi)部閉合開關(guān)S，電容器充電，這時(shí)懸線偏離豎直方向的夾角為，如下圖所示，則() A保持開關(guān)S閉合，帶正電的A板向B板靠近，則增大 B保持開關(guān)S閉合，帶正電的A板向B板靠近，則不變 C開關(guān)S斷開，帶正電的A板向B板靠近，則增大 D開關(guān)S斷開，帶正電的A板

10、向B板靠近，則不變 【答案】AD 11：兩塊大小、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下圖所示，接通開關(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，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則極板上的電荷量增大 C斷開K，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢(shì)差減小 D斷開K，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，則兩極板間的電勢(shì)差增大 【解析】保持K接通則兩極板間電勢(shì)差U不變，減小兩極板間的距離d時(shí)，根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度公式EU/d，兩極板間電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度將要變大，A錯(cuò)誤；根據(jù)平行板電容器電容的定義式和決定式，可得C 當(dāng)在兩極板間插入一塊

11、介質(zhì)時(shí)，介電常數(shù)變大，導(dǎo)致電容C變大，而U不變，所以極板上的電荷量增大，B正確；同時(shí)，斷開K時(shí)極板上的電荷量Q不變，減小兩極板間的距離d時(shí)電容C變大，則電勢(shì)差U一定變小，C正確；如果在兩極板間插入一塊介質(zhì)則C變大，Q不變則電勢(shì)差U一定減小，D錯(cuò)誤本題正確選項(xiàng)是B、C. 【答案】BC如圖所示，M、N為兩塊水平放置的平行金屬板，板長(zhǎng)為l，兩板間的距離也為l，板間電壓恒定今有一帶電粒子(重力不計(jì))以一定的初速度沿兩板正中間垂直進(jìn)入電場(chǎng)，最后打在距兩平行板右端距離為l的豎直屏上粒子落點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為.若大量的上述粒子(與原來的初速度一樣，并忽略粒子間相互作用)從MN板間不同位置垂直進(jìn)入電場(chǎng)試求這些粒子

12、打到豎直屏上的范圍并在圖中畫出偏轉(zhuǎn)問題的分析處理方法 帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)，和重物在重力場(chǎng)中的平拋運(yùn)動(dòng)很相似，可以用類比的方法來學(xué)習(xí)電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng) (1)類似于平拋運(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) (2)從力學(xué)的觀點(diǎn)和能量的觀點(diǎn)著手，按力學(xué)問題的分析法加以分析，分析帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中其他形式的能和動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化過程時(shí)，可應(yīng)用動(dòng)能定理，也可以用能量守恒定律21：如下圖所示，M、N是豎直放置的兩平行金屬板，分別帶等量異種電荷，兩極間產(chǎn)生一個(gè)水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E，一質(zhì)量為m、電量為q的微粒，以初速度v0豎直向上從兩極正中間的A點(diǎn)射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，微粒垂直打到N極上的

13、C點(diǎn)，已知ABBC.不計(jì)空氣阻力，則可知 ()【答案答案】B (2009年福建卷)如下圖甲，在水平地面上固定一傾角為的光滑絕緣斜面，斜面處于電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E、方向沿斜面向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中一勁度系數(shù)為k的絕緣輕質(zhì)彈簧的一端固定在斜面底端，整根彈簧處于自然狀態(tài)一質(zhì)量為m、帶電量為q(q0)的滑塊從距離彈簧上端為s0處靜止釋放，滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中電量保持不變，設(shè)滑塊與彈簧接觸過程沒有機(jī)械能損失，彈簧始終處在彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為g. (1)求滑塊從靜止釋放到與彈簧上端接觸瞬間所經(jīng)歷的時(shí)間t1； (2)若滑塊在沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中最大速度大小為vm，求滑塊從靜止釋放到速度大小為vm的過程中彈簧

14、的彈力所做的功W； (3)從滑塊靜止釋放瞬間開始計(jì)時(shí)，請(qǐng)?jiān)谝覉D中畫出滑塊在沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中速度與時(shí)間關(guān)系vt圖象圖中橫坐標(biāo)軸上的t1、t2及t3分別表示滑塊第一次與彈簧上端接觸、第一次速度達(dá)到最大值及第一次速度減為零的時(shí)刻，縱坐標(biāo)軸上的v1為滑塊在t1時(shí)刻的速度大小，vm是題中所指的物理量(本小題不要求寫出計(jì)算過程) (3)如下圖 處理帶電體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的方法 (1)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(jiǎn)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)，去求出復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的相關(guān)物理

15、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) 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)上，再考慮應(yīng)用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律(動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒、能量轉(zhuǎn)化守恒定律等)解題 31：足夠長(zhǎng)的粗糙絕緣板A上放一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的小滑塊B.用手托住A置于方向水平向左、場(chǎng)強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，此時(shí)A、B均能靜止，如下圖所示，現(xiàn)將絕緣板A從圖中位置P垂直電場(chǎng)線移至位置Q，發(fā)現(xiàn)小滑塊B相對(duì)A發(fā)生了運(yùn)動(dòng)為研究方便可以將絕緣板A的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化成先勻加速接著勻減速到靜止的過程測(cè)量發(fā)現(xiàn)豎直方向加速的時(shí)間為0.8 s，減速的時(shí)間為0.2 sP、Q位置高度差為0.5 m已知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)

16、的場(chǎng)強(qiáng)E ，A、B之間動(dòng)摩擦因數(shù)0.4，g取10 m/s2.求： (1)絕緣板A加速和減速的加速度分別為多大？ (2)滑塊B最后停在離出發(fā)點(diǎn)水平距離多大處？ 【解析】(1)設(shè)絕緣板A勻加速和勻減速的加速度大小分別為a1和a2，勻加速和勻減速的時(shí)間分別為t1和t2，P、Q高度差為h，則有 a1t1a2t2求得求得a11.25 m/s2，a25 m/s2. (2)研究滑板B，在絕緣板A勻減速的過程中，由牛頓第二定律可得 豎直方向上mgFNma2 水平方向上EqFNma3 求得a30.1g1 m/s2 在這個(gè)過程中滑板B的水平位移大小為 在絕緣板A靜止后，滑板B將沿水平方向做勻減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度大小

17、為a4，有 mgEqma4，得a40.1g1 m/s2 該過程中滑板B的水平位移大小為x4x30.02 m 最后滑板B靜止時(shí)離出發(fā)點(diǎn)的水平距離 xx4x30.04 m. 【答案】(1)1.25 m/s25 m/s2(2)0.04 m 1.如右圖所示，在某一真空中，只有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和豎直向下的重力場(chǎng)g，在豎直平面內(nèi)有初速度為v0的帶電微粒，恰能沿圖示直線由A向B直線前進(jìn)那么() A微粒帶正、負(fù)電荷都有可能 B微粒做勻減速直線運(yùn)動(dòng) C微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng) D微粒做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 【解析】由帶電微粒恰能沿圖示直線由A向B直線前進(jìn)可知微粒所受的合外力一定沿圖示直線方向，微粒所受的重力方向豎直向下

18、，則所受電場(chǎng)力方向一定向左，所以微粒一定帶負(fù)電，且合外力方向與初速度方向相反，微粒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，B正確 【答案】B 2(2009年福建卷)如圖所示，平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連接，下極板接地一帶電油滴位于電容器中的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀態(tài)現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動(dòng)一小段距離() A帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng) BP點(diǎn)的電勢(shì)將降低 C帶電油滴的電勢(shì)能將減小 D若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大 油滴將沿豎直方向向下運(yùn)動(dòng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；場(chǎng)強(qiáng)E場(chǎng)減小時(shí)，P點(diǎn)到電勢(shì)為零的負(fù)極板的距離dp沒變，由UpE場(chǎng)dp，P點(diǎn)的電勢(shì)將降低，故選項(xiàng)B正確；由油滴所受電場(chǎng)力方向可知，油

19、滴帶負(fù)電，油滴在P點(diǎn)的電勢(shì)能pqp, 降低p，qp的絕對(duì)值減小，則油滴的電勢(shì)能增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由電容的定義式C U不變C減小時(shí)，Q要減小，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 【答案】B 3如圖所示，在粗糙的斜面上固定一點(diǎn)電荷Q，在M點(diǎn)無初速度地釋放帶有恒定電荷的小物塊，小物塊在Q的電場(chǎng)中沿斜面運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)靜止，則從M到N的過程中() A小物塊所受的電場(chǎng)力減小 B小物塊的電勢(shì)能可能增加 C小物塊電勢(shì)能變化量的大小一定小于克服摩擦力作的功 DM點(diǎn)的電勢(shì)一定高于N點(diǎn)電勢(shì) 【解析】Q為點(diǎn)電荷，由于M點(diǎn)距點(diǎn)電荷Q的距離比N點(diǎn)小，所以小物塊在N點(diǎn)所受到的電場(chǎng)力小于在M點(diǎn)受到的電場(chǎng)力，選項(xiàng)A正確由小物塊的初、末狀態(tài)可知，小物塊從M到N的過程先加速再減速，而重力和摩擦力均為恒力，所以電荷間的庫侖力為斥力，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤由功能關(guān)系可知，克服摩擦力做的功等于電勢(shì)能的減少量和重力勢(shì)能的減少量之和，故選項(xiàng)C正確因不知Q和物塊的電性，無法判斷電勢(shì)高低，選