第六章 第三節(jié)電容器與電容 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

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高三物理學(xué)案

第6章靜電場課時(shí)3電容器與電容帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)使用時(shí)間：年月日編輯人：王喜宏

1、知道電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系；知道平行板電容器的電容與那些因素有關(guān)

2、把握帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)規(guī)律，了解示波器的原理,會(huì)用運(yùn)動(dòng)的分解來求解有關(guān)偏轉(zhuǎn)問題

重點(diǎn)：電容器的動(dòng)態(tài)變化以及電容的定義式和決定式，把握帶電粒子在

電場中的加速、偏轉(zhuǎn)問題。

難點(diǎn)：電容器、電容問題的探討以及用力學(xué)和功能關(guān)系分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)狀況。

帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)Ⅱ類要求

示波管Ⅰ類要求常見電容器Ⅰ類要求電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系Ⅰ類要求

這部分內(nèi)容幾乎每年都考，基本上以6分的選擇題出現(xiàn)或者綜合其它知識點(diǎn)以14到20分的計(jì)算題出現(xiàn)。

一、靜電現(xiàn)象的解釋1、靜電平衡（1）靜電感應(yīng)：導(dǎo)體內(nèi)在電場力作用下重新分布，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)的現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。靜電感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是_________________________。

（2）靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體（包括表面）中時(shí)的狀態(tài)叫靜電平衡狀態(tài)。（3）靜電平衡的條件是：。（4）靜電平衡的特點(diǎn)是：①導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)；

②導(dǎo)體表面上的場強(qiáng)不等于0，且與表面；③凈電荷分布在。

地球是一個(gè)極大的導(dǎo)體，可以認(rèn)為處于靜電平衡狀態(tài)，所以它是一個(gè)。這是我們可以選大地作為零電勢體的一個(gè)原因。

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千里之行，始于足下，聞雞起舞，劍指清華！2、靜電現(xiàn)象的應(yīng)用

（1）靜電屏蔽現(xiàn)象：導(dǎo)體的外殼對它的內(nèi)部起到“保護(hù)〞作用，使它的內(nèi)部的影響，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。

（2）尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反地粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的的現(xiàn)象。

二、電容器電容

1、電容器的組成：兩個(gè)彼此又的導(dǎo)體可構(gòu)成一個(gè)電容器。2、作用:電容器是儲(chǔ)存電荷（電能）的元件

3、電容器所帶電荷量是指4、電容器的充放電過程

充電過程：把電容器的一個(gè)極板接電池正極，另一個(gè)極板接電池負(fù)極，兩個(gè)極就分別帶上了等量的異種電荷，這個(gè)過程叫做充電

（1）充電電流：電容器充電時(shí)會(huì)在電路中形成隨時(shí)間變化的充電電流，充電時(shí)，電流從電源正極流向電容器的正極板，從電容器的負(fù)極板流向電源的負(fù)極。

（2）電容器的所帶電荷量Q，電容器兩極板間的電壓U，電容器中的電場強(qiáng)度E。

（3）充電后電容器從電源獲得能量稱為電場能，當(dāng)電容器充電終止后，電容器所在的電路無電流，電容器兩極板間的電壓和充電電壓相等。

放電過程：用一根導(dǎo)線把充電后的兩極接通，兩極上的電荷相互中和，電容器就不帶電，這個(gè)過程叫做放電

（1）放電電流：電容器放電時(shí)，電流從電容器正極板流出，通過電路流向電容器的負(fù)極。

（2）所帶電荷量Q，電容器兩極板間的電壓U，電容器中的電場強(qiáng)度E。

（3）電場能轉(zhuǎn)化成其它形式的能，當(dāng)放電終止后，電路中無電流。5、電容

（1）物理意義：（2）定義：電容器與兩個(gè)極板間的的比值叫做電容器的電容

（3）定義式C==各量的物理意義及單位（4）電容單位：法拉(f)，微法(μf)，皮法(pf)1f=106μf=1012pf

說明：比值定義法：c與q、u無關(guān)；與電容器是否帶電及帶電多少無關(guān)，c由電容器本身物理?xiàng)l件（導(dǎo)體大小、形狀、相對位置及電介質(zhì)）決定

（5）平行板電容器電容C的決定式：C=，公式中各量的單位和意義6、常用電容器

（1）分類：、（2）符號：、

（3）分清擊穿電壓和額定電壓。

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千里之行，始于足下，聞雞起舞，劍指清華！7、對平行板電容器兩類典型問題的探討，得出平行板電容器內(nèi)部E、U、Q的變化規(guī)律。（1）基本方法：首先判斷并區(qū)分兩種基本狀況（電容器是Q不變還是U不變），然后依據(jù)以下三條逐一判斷。第一、平行板電容器的電容決定式C=，其次、平行板電容器內(nèi)部電場是勻強(qiáng)電場，所以E=，第三、電容器所帶電量Q=。

（2）請你利用基本方法進(jìn)行探討。

第一類：平行板電容器充電后，繼續(xù)保持電容器兩極板與電源兩極相連，分別分析電容器的d、S、ε變化，將引起的C、Q、U、E怎樣變化？

其次類：平行板電容器充電后，切斷與電源的連接，分別分析電容器的d、S、ε變化，將引起的C、Q、U、E怎樣變化？

這說明孤立的帶電電容器在極板彼此遠(yuǎn)離或靠近過程，內(nèi)部場強(qiáng)不會(huì)變化。

三、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)（一）．直線運(yùn)動(dòng)

1、平衡問題：帶電粒子在電場中的處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。利用平衡條件列方程。2、帶電粒子在電場中的加速或減速問題（不計(jì)重力）

第一、分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，受到的電場力與運(yùn)動(dòng)方向，粒子將做運(yùn)動(dòng)?？捎门ｎD運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解。

其次、從功能關(guān)系分析：若粒子初速度為零，則根據(jù)動(dòng)能定理可得，所以得出出場時(shí)的速度V=。若初速度是Vo，則根據(jù)動(dòng)能定理可得，所以出場時(shí)的速度v=。（二）.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1、分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

帶電粒子以初速度Vo垂直于電場線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場時(shí)，受到的電場力大小恒定，方向與初速度方向，粒子做運(yùn)動(dòng)。

2、處理方法指導(dǎo)：類似于平拋運(yùn)動(dòng)的分析處理，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的知識和方法，（已知帶電粒子的m、q、Vo，偏轉(zhuǎn)電場的U、L、d）

3、粒子沿初速度方向做運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=。沿電場力的方向做運(yùn)動(dòng)，加速度a=.4、試證明以下各式并得出相應(yīng)的結(jié)論：（1）y?12at稱為側(cè)位移。若粒子能穿過電場，而不打在極2板上。離開電場時(shí)的側(cè)移量y=,粒子的實(shí)際位移S方向與初速度vo方向的夾角θ，tanθ=。（2）粒子離開電場時(shí)vy?qlU，vt?，射出mv0d高三物理學(xué)案第3頁共6頁

千里之行，始于足下，聞雞起舞，劍指清華！時(shí)的末速度vt與初速度vo的夾角α稱為偏向角，則tanα=（3）區(qū)分α和θ（θ位移和初速度方向的夾角），并得出tanα和tanθ的關(guān)系：。

（4）vt的反向延長線與vo的延長線的交點(diǎn)在好像從極板的

l處，即粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí)，就2l處沿直線射出的。25、特別說明

（1）以上結(jié)論均適用于帶電粒子能從電場中穿出的狀況。假使帶電粒子沒有從電場中穿出，此時(shí)vot不等于極板長L，應(yīng)根據(jù)狀況進(jìn)行分析。

（2）若計(jì)重力，分析問題的方法一致，只是產(chǎn)生加速度的是重力與電場力的合力。

6、處理帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的問題時(shí)，關(guān)鍵是對帶電粒子進(jìn)行受力分析，是否考慮重力要依據(jù)具體狀況而定，一般說來：

（1）基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等，假使沒有特別說明，一般不計(jì)重力。（特別提醒：基本粒子的質(zhì)量不能忽略）

（2）帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，假使沒有特別說明，一般都不能忽略重力。

（三）.帶電粒子先加速后偏轉(zhuǎn)

設(shè)帶電粒子從靜止開始（即初速度為零）經(jīng)過加速電壓U1加速，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電壓U2的偏轉(zhuǎn)電場。證明1、y?

2、tan??U2l24U1d

U2l2U1d思考：粒子離開偏轉(zhuǎn)電場后做什么運(yùn)動(dòng)？

結(jié)論：粒子的側(cè)位移與速度的偏轉(zhuǎn)角與粒子的無關(guān)，僅決定于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場，即不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，它們飛出電場時(shí)的和總是一致的。

四、示波器、示波管及其應(yīng)用

1、構(gòu)造：示波器的核心部件是示波管。它由、、組成．2、工作原理：

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假使在偏轉(zhuǎn)電極XX和YY之間都不加電壓，則電子槍射出的電子沿直線傳播，打在熒光屏，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑。

、、

假使在YY之間加的是帶顯示的，同時(shí)在XX之間加的鋸齒形電壓，叫做掃描電壓，假使掃描電壓和信號電壓的周期一致，就可以在熒光屏上得到待測電壓信號在一個(gè)周期內(nèi)變化的穩(wěn)定圖像。

2．示波器可以用來觀測電信號隨時(shí)間變化的圖象，示波器的核心部件是示波管．3．假使信號電壓是周期性的，當(dāng)掃描電壓與信號電壓的周期一致時(shí)，在熒光屏上可以得到待測信號在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖象。

1.水平放置的平行板電容器與一電池相連，在電容器的兩板間有一帶正電的質(zhì)點(diǎn)處于靜止平衡狀態(tài)，現(xiàn)將電容器兩極間的距離增大，則（）

A．電容變大，質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)B．電容變大，質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)C．電容變小，質(zhì)點(diǎn)保持靜止D．電容變小，質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)

2.對于水平放置的平行板電容器，以下說法正確的是（）A．將兩極板的間距加大，電容將增大

B．將兩極板平行錯(cuò)開，使正對面積減小，電容將減小

C．在下板內(nèi)表面上放置一面積和極板相等、厚度小于極板間距的陶瓷板，電容將增大D．在下板的內(nèi)表面上放置一面積和極板相等、厚度小于極板間距的鋁板，電容將增大

3.圖為示波管中偏轉(zhuǎn)電極的示意圖，相距為d、長度為L的平行板A、B加上電壓后，可在A、B之間的空間中(設(shè)為真空)產(chǎn)生電場(設(shè)為勻強(qiáng)電場)．在AB左端距A、B等距離處的O點(diǎn)，有一電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子以初速度沿水平方向(與A、B板平行)射入(如圖)．不計(jì)重力，要使此粒子能從C處射出，則A、B間的電壓應(yīng)為()

、

、

A、B、C、D、

4.三個(gè)質(zhì)量相等的粒子，其中一個(gè)帶正電荷，一個(gè)帶負(fù)電荷、一個(gè)不帶電，以一致的速度Vo沿中央軸線進(jìn)入水平放置的平行金屬板間，最終分別打在正極板上的A、B、C處，如下圖，則（）A、打在極板A處的粒子帶負(fù)電荷，打在極板B處的粒子不帶電，打在C處的粒子帶正電荷

B、三個(gè)粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等

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千里之行，始于足下，聞雞起舞，劍指清華！

C、三個(gè)粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度D、三個(gè)粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能

5．光滑水平面上有一邊長為L的正方形區(qū)域處在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中，電場方向與正方形一邊平行，一質(zhì)量為m、帶電量為q的小球，由某一邊的中點(diǎn)，以垂直于該邊的水平速度Vo進(jìn)入該正方形區(qū)域，當(dāng)小球再次運(yùn)動(dòng)到該正方形區(qū)域的邊緣時(shí)，具有的動(dòng)能可能為（）A、0B、

C、

D、