2019屆一輪復(fù)習(xí)人教版 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 教案

第30講電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【教學(xué)目標(biāo)】理解電容器的基本概念，掌握好電容器的兩類(lèi)動(dòng)態(tài)分析.能運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解解決帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題.用動(dòng)力學(xué)方法解決帶電粒子在電場(chǎng)中的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題．【教學(xué)過(guò)程】★重難點(diǎn)一、平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析★1．平行板電容器動(dòng)態(tài)變化的兩種情況電容器始終與電源相連時(shí)，兩極板間的電勢(shì)差U保持不變。充電后與電源斷開(kāi)時(shí)，電容器所帶的電荷量Q保持不變。2．平行板電容器動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析思路3．平行板電容器問(wèn)題的一個(gè)常用結(jié)論電容器充電后斷開(kāi)電源，在電容器所帶電荷量保持不變的情況下，電場(chǎng)強(qiáng)度與極板間的距離無(wú)關(guān)?！咎貏e提醒】解決電容器問(wèn)題的兩個(gè)常用技巧UQ4nkQ1?在電荷量保持不變的情況下，由E=U=著=〒寧知，電場(chǎng)強(qiáng)度與板間距離無(wú)關(guān)。r2?對(duì)平行板電容器的有關(guān)物理量Q、E、U、C進(jìn)行討論時(shí)，關(guān)鍵在于弄清哪些是變量，哪些是不變量，在ESU變量中哪些是自變量，哪些是因變量，抓住c=47k?Q=CU和E=d進(jìn)行判定即可?！镜湫屠}】(多選)美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)研究平行板間懸浮不動(dòng)的帶電油滴，比較準(zhǔn)確地測(cè)定了電子的電荷量。如圖6-3-3所示，平行板電容器兩極板M、N相距d，兩極板分別與電壓為U的恒定電源兩極連接，極板M帶正電?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電油滴在極板中央處于靜止?fàn)顟B(tài)，且此時(shí)極板帶電荷量與油滴帶電荷量的比值為k,則()A.油滴帶負(fù)電b.油滴帶電荷量為Ud電容器的電容為警將極板N向下緩慢移動(dòng)一小段距離，油滴將向上運(yùn)動(dòng)【答案】AC【解析】由題意知油滴受到的電場(chǎng)力方向豎直向上，又上極板帶正電，故油滴帶負(fù)電，設(shè)油滴帶電荷量為q，則極板帶電荷量為Q=kq，由于qE=mg,E=^，C=Q解得§=號(hào)^，C=豐，將極板N向下緩慢移動(dòng)一小段距離，U不變，d增大，則電場(chǎng)強(qiáng)度E減小，重力將大于電場(chǎng)力，油滴將向下運(yùn)動(dòng)，只有選項(xiàng)A、C正確?！镏仉y點(diǎn)二、帶電粒子在電場(chǎng)中的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)★帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)重力的處理基本粒子：如電子、質(zhì)子、a粒子、離子等，除有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)。帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說(shuō)明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。解決帶電粒子在電場(chǎng)中的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的兩種思路根據(jù)帶電粒子受到的電場(chǎng)力，用牛頓第二定律求出加速度，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況。此方法只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)。根據(jù)電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子所做的功等于帶電粒子動(dòng)能的變化求解。此方法既適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)，也適用于非勻強(qiáng)電場(chǎng)?！咎貏e提醒】帶電體在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法取研究

.対象，個(gè)帶電體，也可選幾牛帶電體構(gòu)成的系統(tǒng)兩個(gè)

分耕-愛(ài)力分析-運(yùn)動(dòng)分析多了個(gè)電場(chǎng)力（F取研究

.対象，個(gè)帶電體，也可選幾牛帶電體構(gòu)成的系統(tǒng)兩個(gè)

分耕-愛(ài)力分析-運(yùn)動(dòng)分析多了個(gè)電場(chǎng)力（F二吐或用無(wú)器）?運(yùn)動(dòng)情況反映受力情況選用規(guī)律列方程求解丿「方法①：由牛頓第二定律及勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的公式進(jìn)行計(jì)界亠方法②：動(dòng)能定理qUi薩*砲;-*祝町帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法（1）與力學(xué)的分析方法基本相同：先分析受力情況，再分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程平衡、加速或減速；是直線(xiàn)還是曲線(xiàn)）；然后選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律解題。（2）從功和能的角度分析：帶電體的加速（含偏轉(zhuǎn)過(guò)程中速度大小的變化）過(guò)程是其他形式的能和動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程。解決這類(lèi)問(wèn)題，可以用動(dòng)能定理或能量守恒定律?！镜湫屠}】如圖，一充電后的平行板電容器的兩極板相距1。在正極板附近有一質(zhì)量為M、電荷量為q（q>0）的粒子；在負(fù)極板附近有另一質(zhì)量為m、電荷量為一q的粒子。在電場(chǎng)力的作用下，兩粒子同時(shí)從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。已知兩粒子同時(shí)經(jīng)過(guò)一平行于正極板且與其相距21的平面。若兩粒子間相互作用力可忽略，不計(jì)重力，則M：m為（）A.3：2B.2：1C.5：2D.3：1【審題指導(dǎo)】【答案】A【解析】設(shè)極板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E,兩粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，對(duì)M,由牛頓第二定律有：qE=MaM，由運(yùn)21動(dòng)學(xué)公式得：51=衛(wèi)/2；對(duì)m,由牛頓第~定律有qE=ma根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：IF根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：IF3一-M3由以上幾式解之得：M=2，故A正確。m★重難點(diǎn)三、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)★1．基本規(guī)律設(shè)粒子帶電荷量為q,質(zhì)量為m,兩平行金屬板間的電壓為U,板長(zhǎng)為1,板間距離為d(忽略重力影響)，則有(1)加速度：FqEqUa==(1)加速度：FqEqUa==mmd(2)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t=v0vx=速度j_qUl、vyatmv0dv=\；v2+v2,tan0=與二xyvxmv02d7=吟(4)位移］1qUl2y=2at2=2mv02d2．兩個(gè)結(jié)論(1)不同的帶電粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)加速后再?gòu)耐黄D(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度總是相同的。證明：由qU0=|mv02及tane=mV02d得tan^=2u0do證明：(2)粒子經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，合速度的反向延長(zhǎng)線(xiàn)與初速度延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)O為粒子水平位移的中點(diǎn)，即O到電場(chǎng)邊緣的距離為2。3．帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的功能關(guān)系當(dāng)討論帶電粒子的末速度v時(shí)也可以從能量的角度進(jìn)行求解：qUy=|mv2—|mv02，其中Uy=Ujy，指初、末位置間的電勢(shì)差?！咎貏e提醒】帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的兩種求解思路(1)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)觀(guān)點(diǎn)：①運(yùn)動(dòng)學(xué)觀(guān)點(diǎn)是指用勻變速運(yùn)動(dòng)的公式來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，一般有兩種情況：a.帶電粒子初速度方向與電場(chǎng)線(xiàn)共線(xiàn)，則粒子做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；b.帶電粒子的初速度方向垂直電場(chǎng)線(xiàn)，則粒子做勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng))。

②當(dāng)帶電粒子在電場(chǎng)中做勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般要采取類(lèi)似平拋運(yùn)動(dòng)的解決方法。(2)功能觀(guān)點(diǎn)：首先對(duì)帶電粒子受力分析，再分析運(yùn)動(dòng)形式，然后根據(jù)具體情況選用公式計(jì)算。①若選用動(dòng)能定理，則要分清有多少個(gè)力做功，是恒力做功還是變力做功，同時(shí)要明確初、末狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)能的增量。②若選用能量守恒定律，則要分清帶電粒子在運(yùn)動(dòng)中共有多少種能量參與轉(zhuǎn)化，哪些能量是增加的，哪些能量是減少的?！镜湫屠}】(多選)如圖所示，氕核、氘核、氚核三種粒子從同一位置無(wú)初速地飄入電場(chǎng)線(xiàn)水平向右的加速電場(chǎng)E],之后進(jìn)入電場(chǎng)線(xiàn)豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E2發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在屏上。整個(gè)裝置處于真空中，不計(jì)粒子重力及其相互作用，那么A.B.偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)EA.B.C.三種粒子運(yùn)動(dòng)到屏上所用時(shí)間相同DC.三種粒子運(yùn)動(dòng)到屏上所用時(shí)間相同D.三種粒子一定打到屏上的同一位置【審題指導(dǎo)】(1)氕、氘、氚核三種粒子的質(zhì)量之比為1：2：3，電荷量之比為1：1：1。(2)三粒子在加速電場(chǎng)中做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)與屏之間粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)?！敬鸢浮緼D【答案】AD【解析】根據(jù)動(dòng)能定理有qE1d=|mv12,得三種粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后獲得的速度V]=\^^。在偏轉(zhuǎn)【解析】電場(chǎng)中,由i=v1t2及y=|qE皿叮燉，由于三種粒子的質(zhì)量不相等，故v2不一樣大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。粒子打在屏上所用的時(shí)t22得，帶電粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的側(cè)位移y=Etd，貝y三種粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的側(cè)位移大小相等，又三種粒子帶電荷量相同，根據(jù)W=qE2y得，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)E2對(duì)三種粒子做功一樣多，選項(xiàng)A正確。根據(jù)動(dòng)能定理，qE]d+qE2y=2mv22，得到粒子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)E電場(chǎng)中,皿叮燉，由于三種粒子的質(zhì)量不相等，故v2不一樣大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。粒子打在屏上所用的時(shí)dL2dL'間t=~^-+-^=^+-^（￡為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)左端到屏的水平距離），由于v1不一樣大，所以三種粒子打在屏上的5v1v1v12時(shí)間不相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。根據(jù)v廠(chǎng)％2及tan0=卡得，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)角的正切值tan0=劉，即三種帶電粒子的偏轉(zhuǎn)角相等，又由于它們的側(cè)位移相等，故三種粒子打到屏上的同一位置，選項(xiàng)D正確。★重難點(diǎn)四、帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)^1.此類(lèi)題型一般有三種情況：一是粒子做單向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解）；二是粒子做往返運(yùn)動(dòng)（一般分段研究）；三是粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一般根據(jù)交變電場(chǎng)的特點(diǎn)分段研究）。2?分析時(shí)從兩條思路出發(fā)：一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析；二是功能關(guān)系。3?注重全面分析（分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律），抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和在空間上具有對(duì)稱(chēng)性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度、位移、做功或確定與物理過(guò)程相關(guān)的邊界條件。4.常見(jiàn)的交變電場(chǎng)的電壓波形方形波、鋸齒波、正弦波等?！镜湫屠}】如圖甲所示，熱電子由陰極飛出時(shí)的初速度忽略不計(jì)，電子發(fā)射裝置的加速電壓為u0,電容器板長(zhǎng)和板間距離均為L(zhǎng)=10cm,下極板接地，電容器右端到熒光屏的距離也是L=10cm,在電容器兩極板間接一交變電壓，上極板的電勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示。（每個(gè)電子穿過(guò)平行板的時(shí)間都極短，可以認(rèn)為電壓是不變的）求：艦。3(/0?艦。3(/0?-（1）在t=0.06s時(shí)刻，電子打在熒光屏上的何處；（2）熒光屏上有電子打到的區(qū)間有多長(zhǎng)？【答案】（1）打在屏上的點(diǎn)位于O點(diǎn)上方，距O點(diǎn)13.5cm（2）30cm【解