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高三物理高考復(fù)習(xí)

第8章靜電場第3講電容器帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)梳理一、電容器、電容1.電容器(1)組成:由兩個(gè)彼此_____又相互_____的導(dǎo)體組成.(2)帶電量:一個(gè)極板所帶電量的_______(3)電容器的充、放電充電:使電容器帶電的過程,充電后電容器兩板帶上等量的________,電容器中儲(chǔ)存_______.放電:使充電后的電容器失去電荷的過程,放電過程中________轉(zhuǎn)化為其他形式的能.絕緣靠近絕對(duì)值異種電荷電場能電場能電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)2.電容(1)定義式:_______(2)單位:法拉(F),1F=____μF=1012pF3.平行板電容器(1)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,與兩極板間_____成反比.106正對(duì)面積介電常數(shù)距離電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)(2)決定式:C=,k為靜電力常量.①保持兩極板與電源相連,則電容器兩極板間______不變.②充電后斷開電源,則電容器所帶的_______不變.特別提示:(1)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荷定向移動(dòng)的方向來確定.電壓電荷量電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)1.帶電粒子在電場中的加速(1)處理方法:利用動(dòng)能定理:qU=____________(2)適用范圍:__________.2.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向進(jìn)入電場后,做類平拋運(yùn)動(dòng),軌跡為拋物線.垂直于場強(qiáng)方向做__________運(yùn)動(dòng):vx=v0,x=v0t.任何電場勻速直線電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)平行于場強(qiáng)方向做初速度為零的___________運(yùn)動(dòng):勻加速直線圖6-3-1電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)三、示波管1.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)抽成真空.如圖6-3-2所示.圖6-3-2電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)2.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子儀器.如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加橫向掃描電壓,同時(shí)加在偏轉(zhuǎn)電極YY′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豎直方向的掃描,其周期與偏轉(zhuǎn)電極XX′的掃描電壓的周期相同,在熒光屏上就顯示出信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的圖線.電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)課堂互動(dòng)講練電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)4.動(dòng)態(tài)分析如下表電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)即時(shí)應(yīng)用1.(2010年高考北京理綜卷)用控制變量法,可以研究影響平行板電容器電容的因素(如圖6-3-3).設(shè)兩極板正對(duì)面積為S,極板間的距離為d,靜電計(jì)指針偏角為θ.實(shí)驗(yàn)中,極板所帶電荷量不變,若(

)圖6-3-3A.保持S不變,增大d,則θ變大B.保持S不變,增大d,則θ變小C.保持d不變,減小S,則θ變小D.保持d不變,減小S,則θ不變【答案】A電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)A.保持S不變,增大d,則θ變大B.保持S不變,增大d,則θ變小C.保持d不變,減小S,則θ變小D.保持d不變,減小S,則θ不變電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)結(jié)論: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,它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)距離總是相同的.電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)圖6-3-4電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)圖6-3-5A.偏轉(zhuǎn)角度相同B.偏轉(zhuǎn)距離相同C.運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同

D.動(dòng)能相同答案:AB電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)經(jīng)典題型探究題型一有關(guān)電容器的動(dòng)態(tài)分析例1(2010年高考重慶理綜卷)某電容式話筒的原理示意圖如圖6-3-7所示,E為電源,R為電阻,薄片P和Q為兩金屬極板,對(duì)著話筒說話時(shí),P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng).在P、Q間距增大過程中(

)A.P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大B.P上電荷量保持不變C.M點(diǎn)的電勢比N點(diǎn)的低D.M點(diǎn)的電勢比N點(diǎn)的高圖6-3-7【答案】D電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)【答案】D電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)變式訓(xùn)練1一平行板電容器充電后與電源斷開,負(fù)極板接地,在兩極板間有一正電荷(電荷量很小)固定在P點(diǎn),如圖6-3-8所示,以E表示兩極板間的場強(qiáng),U表示電容器的電壓,W表示正電荷在P點(diǎn)的電勢能.若負(fù)極板不動(dòng),將正極板移到圖中虛線所示的位置(

)A.U變小,E不變B.E變大,W變大C.U變小,W不變D.U不變,W不變圖6-3-8【答案】AC電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)

如下圖所示,水平絕緣光滑軌道AB的B端與處于豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧形粗糙絕緣軌道BC平滑連接,圓弧的半徑R=0.40m.在軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度E=1.0×104N/C.現(xiàn)有一質(zhì)量m=0.10kg的帶電體(可視為質(zhì)點(diǎn))放在水平軌道上與B端距離x=1.0m的位置,由于受到電場力的作用帶電體由靜止開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道的C端時(shí),速度恰好為零.已知帶電體所帶電荷q=8.0×10-5C,取g=10m/s2,求:題型二帶電體在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)例2電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)(1)帶電體在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度大小及運(yùn)動(dòng)到B端時(shí)的速度大??;(2)帶電體運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道的B端時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力大??;(3)帶電體沿圓弧形軌道運(yùn)動(dòng)過程中,電場力和摩擦力對(duì)帶電體所做的功各是多少.電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)【解析】

(1)設(shè)帶電體在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a,根據(jù)牛頓第二定律有qE=ma解得a=qE/m=8.0m/s2設(shè)帶電體運(yùn)動(dòng)到B端時(shí)的速度大小為vB,

則v2=2ax解得vB= =4.0m/s.(2)設(shè)帶電體運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道B端時(shí)受軌道的支持力為FN,根據(jù)牛頓第二定律有FN-mg=mv/R解得FN=mg+mv/R=5.0N根據(jù)牛頓第三定律可知,帶電體對(duì)圓弧形軌道B端的壓力大小F′N=5.0N.電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)(3)因電場力做功與路徑無關(guān),所以帶電體沿圓弧形軌道運(yùn)動(dòng)過程中,電場力所做的功W電=qER=0.32J設(shè)帶電體沿圓弧形軌道運(yùn)動(dòng)過程中摩擦力所做的功為W摩,對(duì)此過程根據(jù)動(dòng)能定理有W電+W摩-mgR=0-解得W摩=-0.72J.【答案】

(1)8.0m/s2

4.0m/s

(2)5.0N(3)0.32J-0.72J電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)【規(guī)律總結(jié)】

(1)由于帶電微粒在勻強(qiáng)電場中所受電場力與重力都是恒力,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)物理量.(2)用能量觀點(diǎn)處理帶電粒子在復(fù)合場中的運(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、能量轉(zhuǎn)化守恒定律等)解題.電容器裝置帶電粒子在電場中規(guī)律運(yùn)動(dòng)題型三帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng)例3(滿分樣板15分)如圖6-3-11所示,真空室中速度v0=1.6×107m/s的電子束,連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線OO′射入,已知極板長l=4cm,板間距離d

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