第六章第3單元電容器電場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)

1、一、電容器及其電容一、電容器及其電容1電容器電容器(1)組成：兩個(gè)彼此絕緣且又相距很近的導(dǎo)體組成：兩個(gè)彼此絕緣且又相距很近的導(dǎo)體(2)帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值(3)充、放電充、放電充電：把電容器接在電源上后，電容器兩個(gè)極板分別帶充電：把電容器接在電源上后，電容器兩個(gè)極板分別帶上等量的異號(hào)電荷的過程充電后，兩極板上的電荷由于上等量的異號(hào)電荷的過程充電后，兩極板上的電荷由于互相吸引而保存下來；兩極板間有互相吸引而保存下來；兩極板間有 存在充電過程存在充電過程中由電源獲得的電能儲(chǔ)存在電容器中中由電源獲得的電能儲(chǔ)存在電容器中電場(chǎng)電場(chǎng)放電：用導(dǎo)線將充電后的

2、電容器的兩極板接通，兩放電：用導(dǎo)線將充電后的電容器的兩極板接通，兩極板上的電荷極板上的電荷 的過程放電后的兩極板間不再的過程放電后的兩極板間不再有電場(chǎng)，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量有電場(chǎng)，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量中和中和容納電荷本領(lǐng)容納電荷本領(lǐng)1061012正比正比正比正比反比反比電壓電壓電荷量電荷量動(dòng)能動(dòng)能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，做類平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.平行于場(chǎng)強(qiáng)方向做初速度為零的平行于場(chǎng)強(qiáng)

3、方向做初速度為零的 運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)：勻速直線勻速直線勻加速直線勻加速直線電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極熒光屏熒光屏2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)間變化情況的一種電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)電極子儀器如果在偏轉(zhuǎn)電極XX上加橫向掃描電壓，同時(shí)上加橫向掃描電壓，同時(shí)在偏轉(zhuǎn)電極在偏轉(zhuǎn)電極YY上加所要研究的信號(hào)電壓，電子束隨信上加所要研究的信號(hào)電壓，電子束隨信號(hào)電壓的變化縱向做豎直方向的掃描，其周期與偏轉(zhuǎn)電號(hào)電壓的變化縱向做豎直方向的掃描，其周期與偏轉(zhuǎn)電極極XX的掃描電壓的周期的掃描電壓的周期 ，在熒光屏上就顯示出信，在熒光屏上就顯示出信號(hào)電壓隨時(shí)間變化

4、的圖線號(hào)電壓隨時(shí)間變化的圖線相同相同解析：解析：電容器的電容和它所帶的電荷量無關(guān)，和板間的電電容器的電容和它所帶的電荷量無關(guān)，和板間的電壓無關(guān)，只由電容器本身的結(jié)構(gòu)來決定因此壓無關(guān)，只由電容器本身的結(jié)構(gòu)來決定因此A、B、C都都不正確，故選不正確，故選D. 答案：答案：D2如圖如圖633所示，在所示，在A板附近有一電板附近有一電 子由靜止開始向子由靜止開始向B板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子 到達(dá)到達(dá)B板時(shí)的速率，下列解釋正確的是板時(shí)的速率，下列解釋正確的是 () 圖圖633A兩板間距越大，加速的時(shí)間就越長(zhǎng)，則獲得的速率兩板間距越大，加速的時(shí)間就越長(zhǎng)，則獲得的速率 越大越大B兩板間距越小，加

5、速度就越大，則獲得的速率越大兩板間距越小，加速度就越大，則獲得的速率越大C與兩板間的距離無關(guān)，僅與加速電壓與兩板間的距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)有關(guān)D以上解釋都不正確以上解釋都不正確答案：答案：C答案：答案：A4一臺(tái)正常工作的示波管，突然發(fā)現(xiàn)熒光屏上畫面的高度一臺(tái)正常工作的示波管，突然發(fā)現(xiàn)熒光屏上畫面的高度縮小，則產(chǎn)生故障的原因可能是縮小，則產(chǎn)生故障的原因可能是 ()加速電壓偏大加速電壓偏小加速電壓偏大加速電壓偏小偏轉(zhuǎn)電壓偏大偏轉(zhuǎn)電壓偏小偏轉(zhuǎn)電壓偏大偏轉(zhuǎn)電壓偏小ABC D答案：答案： D5如圖如圖634所示，所示，abcd是一個(gè)是一個(gè) 正方形盒子正方形盒子cd邊的中點(diǎn)有一個(gè)邊的中點(diǎn)有一個(gè) 小孔

6、小孔e.盒子中有沿盒子中有沿ad方向的勻強(qiáng)電方向的勻強(qiáng)電 場(chǎng)一個(gè)質(zhì)量為場(chǎng)一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為、帶電荷量為q的的 圖圖634 粒子從粒子從a處的小孔沿處的小孔沿ab方向以初速度方向以初速度v0射入盒內(nèi)，并恰好射入盒內(nèi)，并恰好 從從e處的小孔射出處的小孔射出(忽略粒子重力，正方形的邊長(zhǎng)為忽略粒子重力，正方形的邊長(zhǎng)為l)， 求：求：(1)該帶電粒子從該帶電粒子從e孔射出的速度大??；孔射出的速度大小；(2)該過程中電場(chǎng)力對(duì)該帶電粒子做的功；該過程中電場(chǎng)力對(duì)該帶電粒子做的功；(3)該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析關(guān)鍵一點(diǎn)關(guān)鍵一點(diǎn)在分析平行板電容器的電容及其他參量的

7、動(dòng)態(tài)變化時(shí)，有在分析平行板電容器的電容及其他參量的動(dòng)態(tài)變化時(shí)，有兩個(gè)技巧：兩個(gè)技巧：(1)緊抓不變量即控制變量法；緊抓不變量即控制變量法；(2)選擇合適的公選擇合適的公式分析式分析 如圖如圖635所示，平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為所示，平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源的直流電源(內(nèi)阻不計(jì)內(nèi)阻不計(jì))連接，下極板接地一帶電油滴連接，下極板接地一帶電油滴位于電容器中的位于電容器中的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，則容器的上極板豎直向上移動(dòng)一小段距離，則 () 圖圖635A帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng)帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng)BP點(diǎn)的

8、電勢(shì)將降低點(diǎn)的電勢(shì)將降低C帶電油滴的電勢(shì)能將減小帶電油滴的電勢(shì)能將減小D若電容器的電容減小，則極板帶電荷量將增大若電容器的電容減小，則極板帶電荷量將增大答案答案B 在分析平行板電容器的電容及其他參量在分析平行板電容器的電容及其他參量的動(dòng)態(tài)變化時(shí)，要注意兩個(gè)方面：的動(dòng)態(tài)變化時(shí)，要注意兩個(gè)方面：(1)確定不變量；確定不變量；(2)選擇合適的公式分析選擇合適的公式分析.1(2011廣州模擬廣州模擬)如圖如圖636所所示的電路，水平放置的平行板示的電路，水平放置的平行板電容器中有一個(gè)帶電液滴正好電容器中有一個(gè)帶電液滴正好處于靜止?fàn)顟B(tài)為了使液滴豎處于靜止?fàn)顟B(tài)為了使液滴豎 圖圖636直向上運(yùn)動(dòng)，下列操作可

9、行的是直向上運(yùn)動(dòng)，下列操作可行的是 ()A斷開開關(guān)，將兩板間的距離拉大一些斷開開關(guān)，將兩板間的距離拉大一些B斷開開關(guān)，將兩板間的距離減小一些斷開開關(guān)，將兩板間的距離減小一些C保持開關(guān)閉合，將兩板間的距離減小一些保持開關(guān)閉合，將兩板間的距離減小一些D保持開關(guān)閉合，以兩板各自的左側(cè)板沿為軸，同時(shí)保持開關(guān)閉合，以兩板各自的左側(cè)板沿為軸，同時(shí) 向上向上(即逆時(shí)針方向即逆時(shí)針方向)轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度學(xué)之用學(xué)之用答案：答案： C帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速師師 之之 說說1研究對(duì)象研究對(duì)象(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、離子等除有說明或有粒子、離子等除

10、有說明或有 明確的暗示以外，一般都不考慮重力明確的暗示以外，一般都不考慮重力(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，除有說明或有帶電顆粒：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明確的暗示以外，一般都不能忽略重力 如圖如圖637甲所示，在水平地面上固定一傾角甲所示，在水平地面上固定一傾角為為的光滑絕緣斜面，斜面處于電場(chǎng)強(qiáng)度大小為的光滑絕緣斜面，斜面處于電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E、方向沿、方向沿斜面向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中一勁度系數(shù)為斜面向下的勻強(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)

11、量為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、帶電荷量為帶電荷量為q(q0)的滑塊從距離彈簧上端為的滑塊從距離彈簧上端為s0處靜止釋放，處靜止釋放，滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中電荷量保持不變，設(shè)滑塊與彈簧接觸過滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中電荷量保持不變，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)，重力加速度大小為度大小為g.圖圖637(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v

12、m，求滑塊從靜止釋放到速度大小為求滑塊從靜止釋放到速度大小為vm的過程中彈簧的彈力所做的的過程中彈簧的彈力所做的功功W；(3)從滑塊靜止釋放瞬間開始計(jì)時(shí)，請(qǐng)?jiān)趫D從滑塊靜止釋放瞬間開始計(jì)時(shí)，請(qǐng)?jiān)趫D637乙中畫出滑乙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圖圖象圖中橫坐標(biāo)軸上的象圖中橫坐標(biāo)軸上的t1、t2及及t3分別表示滑塊第一次與彈簧上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，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)軸上的縱坐標(biāo)軸上的v1為滑塊在為滑塊在t1時(shí)刻的速度大小，時(shí)刻的

13、速度大小，vm是題中所指的是題中所指的物理量物理量思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥本題考查勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、共點(diǎn)力的平本題考查勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、共點(diǎn)力的平衡、動(dòng)能定理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等知識(shí)，解答時(shí)要分階段應(yīng)衡、動(dòng)能定理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等知識(shí)，解答時(shí)要分階段應(yīng)用不同的規(guī)律列方程求解用不同的規(guī)律列方程求解討論帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)討論帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)(加速或減速加速或減速)的方的方法：法：(1)能量方法能量方法能量守恒定律；能量守恒定律；(2)功能關(guān)系功能關(guān)系動(dòng)能定理；動(dòng)能定理；(3)力和加速度方法力和加速度方法牛頓運(yùn)動(dòng)定律，勻變速直線運(yùn)動(dòng)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，勻變速直線運(yùn)動(dòng) 公式公式.學(xué)學(xué) 之之 用用2如

14、圖如圖638所示，水平放置所示，水平放置的的A、B兩平行板相距兩平行板相距h，上板，上板A帶正電現(xiàn)有質(zhì)量為帶正電現(xiàn)有質(zhì)量為m、電、電荷量為荷量為q的小球在的小球在B板下方距板下方距 圖圖638離為離為H處，以初速度處，以初速度v0豎直向上從豎直向上從B板小孔進(jìn)入板間電場(chǎng)，板小孔進(jìn)入板間電場(chǎng)，欲使小球剛好打到欲使小球剛好打到A板，板，A、B間電勢(shì)差間電勢(shì)差UAB應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題 兩個(gè)半徑均為兩個(gè)半徑均為R的圓形平板電極，平行正對(duì)放置，的圓形平板電極，平行正對(duì)放置，相距為相距為d，極板間的電勢(shì)差為，極板間的電勢(shì)差為U，板間電場(chǎng)可以認(rèn)為是均，板

15、間電場(chǎng)可以認(rèn)為是均勻的一個(gè)勻的一個(gè)粒子從正極板邊緣以某一初速度垂直于電場(chǎng)粒子從正極板邊緣以某一初速度垂直于電場(chǎng)方向射入兩極板之間，到達(dá)負(fù)極板時(shí)恰好落在極板中心方向射入兩極板之間，到達(dá)負(fù)極板時(shí)恰好落在極板中心已知質(zhì)子帶電荷量為已知質(zhì)子帶電荷量為e，質(zhì)子和中子的質(zhì)量均視為，質(zhì)子和中子的質(zhì)量均視為m，忽，忽略重力和空氣阻力的影響，求：略重力和空氣阻力的影響，求：(1)極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E；(2)粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度a；(3)粒子的初速度粒子的初速度v0.思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥兩平行板間的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以兩平行板間的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以粒子在粒子在板間做類平拋運(yùn)

16、動(dòng)，分析的方法與平拋運(yùn)動(dòng)相同，即運(yùn)動(dòng)的板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，分析的方法與平拋運(yùn)動(dòng)相同，即運(yùn)動(dòng)的合成與分解合成與分解(1)兩平行板間的電場(chǎng)可以看成勻強(qiáng)電場(chǎng)兩平行板間的電場(chǎng)可以看成勻強(qiáng)電場(chǎng)UEd.(2)垂直射入電場(chǎng)的微觀粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分解成垂直射入電場(chǎng)的微觀粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分解成 平行電場(chǎng)方向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)和垂直電場(chǎng)方平行電場(chǎng)方向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)和垂直電場(chǎng)方 向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)向上的勻速直線運(yùn)動(dòng).學(xué)學(xué) 之之 用用3如圖如圖6310所示，質(zhì)量為所示，質(zhì)量為m，電荷量為電荷量為q的帶電粒子以初速的帶電粒子以初速v0進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)為進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，極的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，極板的長(zhǎng)度為板的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電

17、容器極板中央，電容器極板中央 圖圖6310到光屏的距離也是到光屏的距離也是L.已知帶電粒子打到光屏的已知帶電粒子打到光屏的P點(diǎn)，求偏點(diǎn)，求偏移量移量OP的大小的大小考情考情分析分析本節(jié)在高考中考查的題目多、分值高、幾率大，考查形本節(jié)在高考中考查的題目多、分值高、幾率大，考查形式一般為選擇題和計(jì)算題，其中帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏式一般為選擇題和計(jì)算題，其中帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)是考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，可以說是年年考、卷卷考命題內(nèi)轉(zhuǎn)是考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，可以說是年年考、卷卷考命題內(nèi)容主要是電場(chǎng)知識(shí)與力學(xué)知識(shí)的綜合，有的考題是考查帶電容主要是電場(chǎng)知識(shí)與力學(xué)知識(shí)的綜合，有的考題是考查帶電粒子在電場(chǎng)中的直

18、線運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)，有的是考查帶電粒子在電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)，有的是考查帶電粒子在電場(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)，也有的是考查帶電粒子在電場(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)，也有的是考查帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)、勻速場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等等，同時(shí)還涉及到與實(shí)際相聯(lián)系的題目，所以要圓周運(yùn)動(dòng)等等，同時(shí)還涉及到與實(shí)際相聯(lián)系的題目，所以要求考生能靈活地運(yùn)用電磁學(xué)、力學(xué)及其相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)綜合求考生能靈活地運(yùn)用電磁學(xué)、力學(xué)及其相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)綜合解答題目難度一般為中等或較難解答題目難度一般為中等或較難命題命題預(yù)測(cè)預(yù)測(cè) 分析近三年高考試題、教

19、學(xué)大綱和考試說明，不分析近三年高考試題、教學(xué)大綱和考試說明，不難發(fā)現(xiàn)這一部分內(nèi)容是高考命題的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，所以難發(fā)現(xiàn)這一部分內(nèi)容是高考命題的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，所以可以預(yù)測(cè)這部分內(nèi)容也必將是今后高考考查的重點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)這部分內(nèi)容也必將是今后高考考查的重點(diǎn)，考試內(nèi)容體現(xiàn)這一部分內(nèi)容與其他內(nèi)容的綜合，特別考試內(nèi)容體現(xiàn)這一部分內(nèi)容與其他內(nèi)容的綜合，特別是與力學(xué)知識(shí)的綜合，以及聯(lián)系實(shí)際的問題題型主是與力學(xué)知識(shí)的綜合，以及聯(lián)系實(shí)際的問題題型主要是選擇題和計(jì)算題，考查主要集中在有關(guān)電容器概要是選擇題和計(jì)算題，考查主要集中在有關(guān)電容器概念和帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)，涉及念和帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)和曲線

20、運(yùn)動(dòng)，涉及到電場(chǎng)有關(guān)知識(shí)、牛頓定律和能量知識(shí)的綜合應(yīng)用到電場(chǎng)有關(guān)知識(shí)、牛頓定律和能量知識(shí)的綜合應(yīng)用.1(2010重慶高考重慶高考)某電容式話筒的某電容式話筒的 原理示意圖如圖原理示意圖如圖6311所示，所示， 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，對(duì)著話筒說話時(shí)，為兩金屬極板，對(duì)著話筒說話時(shí)， 圖圖6311 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點(diǎn)的電勢(shì)比點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高點(diǎn)的高答案：答案：D2(2010北京高考北京高考)用控制變量法，用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電可以研究影響平行板電容器電容的因素容的因素(如圖如圖6312)設(shè)設(shè)兩極板正對(duì)面積為兩極板正對(duì)面積為