上海市高三物理二輪復(fù)習講義第八單元靜電場

第八單元靜電場目錄TOC\o"13"\h\u第1講電場力的性質(zhì) 2第2講電場能的性質(zhì) 13第3講帶電粒子在電場中的運動 23第4講電容電容器 32第5講靜電的利用與防范 41課標要求:1.通過實驗,了解靜電現(xiàn)象。能用原子結(jié)構(gòu)模型和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象。2.知道點電荷模型。知道兩個點電荷間相互作用的規(guī)律。體會探究庫侖定律過程中的科學思想和方法。3.知道電場是一種物質(zhì)。了解電場強度,體會用物理量之比定義新物理量的方法。會用電場線描述電場。4.知道靜電場中的電荷具有電勢能。了解電勢能、電勢和電勢差的含義。知道勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系。5.能分析帶電粒子在電場中的運動情況,能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象。6.觀察常見的電容器,了解電容器的電容,觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應(yīng)用。7.了解生產(chǎn)生活中關(guān)于靜電的利用與防護。知識結(jié)構(gòu)第1講電場力的性質(zhì)內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】1.靜電起電與電荷守恒定律(1)靜電可以通過物體間的相互摩擦、接觸、感應(yīng)的方法來產(chǎn)生:摩擦起電:用絲綢摩擦過的玻璃棒帶__________,用毛皮摩擦過的橡膠棒帶__________。接觸起電:兩個結(jié)構(gòu)相同帶電導(dǎo)體相互接觸,電荷應(yīng)先__________后__________分配。感應(yīng)起電：當一個帶電體靠近導(dǎo)體時,由于電荷間相互吸引或排斥,導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷,遠離帶電體的一端帶同種電荷。摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電從本質(zhì)上都源于固體物質(zhì)的原子中的電子在不同物體間或者同一物體的不同部分間發(fā)生了，它們之間電荷的總量并沒有發(fā)生變化。(2)電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到其他部分,但在轉(zhuǎn)移過程中電荷的__________保持不變。2.點電荷和元電荷(1)點電荷是帶電體的形狀、大小、電荷分布對電荷間相互作用力的影響可以忽略的__________模型:物體所帶電荷的多少叫做電荷量,用符號Q或者q表示,單位是庫倫,簡稱庫,符號為C。電荷量是__________量,電荷量的正負號表示電荷的種類。(2)人們把最小電荷量叫做元電荷用符號e來表示:元電荷的測量數(shù)值最初由密立根通過油滴實驗獲得,在計算中,常常取值e=__________C。所有帶電體的電荷量都是e的__________倍。單個質(zhì)子攜帶的電荷量為e,單個電子攜帶的電荷量則為?元電荷不是電荷,也不是電子。3.庫侖定律(1)庫倫利用庫倫扭秤發(fā)現(xiàn)了庫侖定律:內(nèi)容:真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的__________成正比，與它們的距離的__________成反比,作用力的方向在它們的__________上。表達式:F庫=k(2)庫侖定律的適用條件為①__________中的②__________；帶電體為球體,且電荷在其上均勻分布。在這個條件下可以認為電荷集中在球心上,而作為點電荷處理。當兩個帶電體的間距遠大于本身的尺寸時,可以把帶電體看成點電荷。當兩個帶電體的間距r→04.電場力和電場強度(1)電場的基本性質(zhì)就是能夠?qū)Ψ湃肫渲械碾姾捎衉_________的作用:我們將放入電場中某點的試探電荷所受的電場力F和其電荷量q之比值叫做該點電場強度,用符號E表示,用公式表示為E=F電q，符號為電場中某點的電場強度的方向與__________在該點所受靜電力的方向相同,與負電荷在該點所受靜電力的方向相反。電場強度是__________量,多個電場疊加遵循__________定則。(2)真空中點電荷q產(chǎn)生電場,由庫侖定律可得在距其r處的電場強度:表達式為:E=kQr2,其中Q為場源電荷,從點電荷場強表達式中只有場源電荷(3)電場強度三個表達式:定義式?jīng)Q定式關(guān)系式表達式EEE適用范圍任何情況(E與F、真空中點電荷__________5.電場線(1)法拉第在研究電場時,引人場線來研究問題:每點的切線方向表示該點的電場強度方向;同一幅圖中可以用電場線的__________來表示各點電場強度的大小;電場線從正電荷或無限遠出發(fā),終止于無限遠或負電荷,不是__________曲線;同一電場的電場線在電場中不相交。電場是真實存在的物質(zhì),電場線是為了形象描述電場而__________的曲線。(2)勻強電場中各點的電場強度的大小__________、方向__________；電場強度方向處處相同,所以電場線是平行線。電場強度大小處處相等,所以電場線疏密程度相同,即電場線分布__________。帶電粒子在勻強電場中受到恒定的電場力作用。(3)等量同種和異種點電荷的電場強度的比較比較項目等量異種點電荷等量同種點電荷電場線分布圖連線中點O處的場強連線上O點場強最小，指向負電荷一方為零連線上的場強大小(從左到右)沿連線先變______再變______沿連線先變______再變______沿中垂線由O點向外場強大小O點最大，向外逐漸減小O點最小，向外先變大后變小關(guān)于等大______向等大______向答案:1.正電負電中和均勻轉(zhuǎn)移總量2.理想標1.6×103.乘積二次方連線真空點電荷4.力N/CV/m正電荷矢平行四邊形5.疏密閉合假想相等相同均勻小大小大同反【問題情境舉隅】帶電物體吸引輕小物體日常生活中的反復(fù)摩擦后的塑料梳子(氣球)靠近細小水流,使豎直下落細小水流發(fā)生偏轉(zhuǎn);摩擦后的氣球可使貓毛豎起;雞毛撣子可以掃除飛塵。同種電荷相互排斥將塑料絲的一半撕成細絲,用干燥的手掌握住塑料絲捋幾下,塑料絲就會散開;空中懸浮的靜電章魚;經(jīng)典的靜電學實驗天女散花。模擬電場線的分布科技館的“怒發(fā)沖冠”項目,并不是分布到了頭發(fā)上同性電荷相互排斥,而是電荷累積在頭皮,激發(fā)了類似的電場,頭發(fā)受到電場力的作用,使得頭發(fā)宛如一根根電場線,類似的原理還有頭發(fā)屑懸浮在蓖麻油或洗潔精中,加上高壓電極。密立根油滴實驗原理兩極板之間存在勻強電場,帶負電的油滴在兩極板之間受重力、電場力和空氣阻力的作用而運動。由于空氣阻力的作用,下降一段距離達到某一速度后,油滴所受的重力與阻力平衡,油滴將勻速下降或者靜止。而勻強電場是在電容之中,電容外接電路,從而又可以結(jié)合電路相關(guān)知識點。點電荷之間的庫侖力模型蜜蜂在飛行的時候會帶上少量正電,完成采蜜之后,花朵和蜜蜂均帶數(shù)量相同的正電荷,蜜蜂和花之間的電場與等量正電荷之間的電場類似,蜜蜂會感受到排斥力從而辨別這花朵是否之前被采過蜜。在化學應(yīng)用中,例如氯化鈉是離子晶體,兩個相鄰的鈉離子和氯離子之間存在庫侖力。一個鈉離子同時受到多個庫侖力的作用,受力滿足矢量疊加原理。在微觀結(jié)構(gòu)中,如氫原子模型,核外電子和原子核之間的庫侖引力提供向心力使得電子做勻速圓周運動。關(guān)鍵點撥電場線分布【例題1】用電場線能直觀、方便地比較電場中各點場強的強弱。如圖甲是等量異種點電荷形成電場的電場線,圖乙是場中的一些點:O是電荷連線的中點,E、F是連線中垂線上相對于O點對稱的兩點,B、C和A、A.B、B.E、O、C.A、D.B、O、課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。帶電小球平衡問題【例題2】如圖所示,真空中有兩個可視為點電荷的帶正電小球,相距L,電荷量分別為Q和4Q,如果引進第三個帶電小球,正好使三個小球僅在靜電力的作用下處于平衡狀態(tài),那么第三個小球應(yīng)__________(填“帶正電”或“帶負電”);電荷量是Q的__________倍;應(yīng)放在離Q課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥2】帶電體在庫侖力作用下的平衡問題(三個共線自由點電荷的平衡問題)(1)條件:兩個點電荷在第三個點電荷處的合場強為零,或每個點電荷受到的兩個庫侖力必須大小相等,方向相反。(2)規(guī)律:①三點共線”——三點電荷分布在同一直線上;②“兩同夾異”——正負電荷相互間隔;③“兩大夾小”——中間電荷的電荷量最小;④“近小遠大”——中間電荷靠近電荷量較小的電荷。(3)定量關(guān)系滿足q左q右=q中q左電場疊加原理【例題3】直角坐標系xOy中,M、N兩點位于x軸上,G、H兩點坐標如圖所示。M、N兩點各固定一負點電荷,一電量為Q的正點電荷置于O點時,G點處的電場強度恰好為零。靜電力常量用k表示。若將該正點電荷移到A.3kQ4a2,沿y軸正向 B.C.5kQ4a2,沿y軸正向 D.課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【點撥3】如果場源是多個點電荷,電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和這種關(guān)系叫作電場強度的疊加。電場強度是矢量,電場強度的疊加本質(zhì)是矢量疊加,所以可應(yīng)用平行四邊形定則求解。如右圖所示。過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.如圖,用一根絲綢摩擦過的玻璃棒,靠近不帶電驗電器的金屬小球a,然后用手指瞬間接觸一下驗電器小球a,然后拿開玻璃棒,驗電器小球a和金箔b的帶電情況是 ()A.手指接觸驗電器小球a后拿開玻璃棒前,a不帶電、b帶正電B.手指接觸驗電器小球a后拿開玻璃棒前,a、C.拿開玻璃棒后a、D.拿開玻璃棒后a帶負電,b帶正電2.兩個完全相同的金屬球A和B帶電荷量之比為1:7,相距為r。兩者接觸一下放到相距r2的位置,若兩電荷原來帶異種電荷,則后來兩小球之間的靜電力大小與原來之比是 A.4:7 B.3:7 C.9:7 D.36:73.在題圖所示的四種電場中,分別標記有a、b兩點。其中a、A.甲圖中與點電荷等距的a、B.乙圖中兩等量異種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、C.丙圖中兩等量同種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、D.丁圖中非勻強電場中的a、4.如圖所示,電荷量為+q的點電荷與均勻帶電薄板相距2d,點電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心。若圖中A點的電場強度為0,則圖中B點的電場強度A.大小為kq9d2,方向沿AB方向 B.大小為kqC.大小為8kq9d2,方向沿AB方向 D.大小為【綜合演練】蜜蜂授粉蜜蜂飛行過程中身上會積累少量正電荷,一只蜜蜂通常的帶電量約為+3×10?11C,蜜蜂傳播花粉時就利用了這些電荷。當蜜蜂飛到花荵附近時,花粉顆粒會秥附在蜜蜂身上。當蜜蜂接近下一朵花時,部分花粉會留在下一朵花的花莕上,完成授粉。靜電力常量k1.一只原來電中性的蜜蜂在飛行過程中帶上了+3.0×10?11CA.失去了1.9×108個質(zhì)子 B.失去了C.得到了1.9×108個電子 D.得到了E.失去了5.3×109個電子 F.失去了G.得到了5.3×109個電子 H.得到了2.當蜜蜂靠近帶負電的花荵時,它們之間的電場如圖所示。(1)畫出a點的電場方向;(2)用虛線畫出通過b點的等勢面;(3)a,b兩點中__________點電場強度較大,__________點電勢較高(均選填:A.aB.3.設(shè)花蕊的電勢為φ1,蜜蜂的電勢為φ2,一顆電荷量為?q(q(1)電場力對花粉__________(選填：A.做正功B.做負功C.不做功),電勢能__________(選填:A.增加B.減少C.不變)。(2)電場力對花粉做的功的大小為__________。4.蜜蜂不愿靠近因剛被授粉而帶正電的花蕊。在實驗中發(fā)現(xiàn),當蜜蜂距離帶電為+4×10?11C(1)當一只蜜蜂靠近一朵已被授粉的花蕊時,它們之間的電場線分布可能為 ()(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)推測,蜜蜂能感受到花荵產(chǎn)生的最小電場強度約為 ()A.2.4N/C B.16N/C C.2.7×10?10N/C第2講電場能的性質(zhì)內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】1.靜電力(電場力)做功的特點在電場中移動電荷時,靜電力所做的功只與電荷的__________位置和__________位置有關(guān),與電荷經(jīng)過的__________無關(guān)。這樣的特點與__________做功相似。2.電勢能電荷在電場中具有勢能,這種能量叫做__________,符號Ep電荷在某點的電勢能,應(yīng)先規(guī)定電場中電勢能為零的位置,在理論中通常取電荷在__________處電勢能為零;在實際情況中通常取電荷在__________表面上是電勢能為零。電勢能的特點如下。(1)系統(tǒng)性：電勢能由電場和電荷共同決定,屬于電場和電荷系統(tǒng)所共有的。(2)相對性:其數(shù)值與零電勢能的位置選擇有關(guān),因此,確定電荷的電勢能首先應(yīng)確定參考點,也就是零電勢能位置。(3)有正負,但無方向。電勢能的正、負僅表示__________,正值表示高于零電勢能,負值表示低于零電勢能。3.靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系靜電力做的功是電勢能變化的量度,靜電力做正功,電勢能__________;靜電力做負功,電勢能__________。換一種表述即:靜電力對電荷做了多少功,就有多少__________轉(zhuǎn)化為__________的能量。任意電荷在靜電場中從A(初點)點移動到B(末點)點,靜電力做的功等于電勢能的減少量,即WAB雖然電荷在電場中某點的電勢能的大小與零電勢能點的選取有關(guān),但電荷在某兩點之間的電勢能之差與零電勢能點的選取無關(guān)。4.電勢電荷在電場中某一點的電勢能與它的__________之比,叫做電場在這一點的電勢。用φ表示。表達式為φ=Ep電勢的特點如下。(1)相對性:電場中某一點的電勢的數(shù)值與零電勢位置的選取__________,零電勢位置的選取是任意的,通常取大地表面或離場源電荷無窮遠處的電勢為零。(2)固有性：電場中某點的電勢大小是由電場本身的條件決定的,與該點是否放有電荷、電荷的電性、電荷量等均無關(guān)。(3)電勢是__________,只有大小,沒有方向,但有正、負。規(guī)定了零電勢后,電場中各點的電勢可以是正值,也可以是負值。正值表示該點的電勢高于零電勢,負值表示該點的電勢低于零電勢。在同一電場中,正電勢一定高于負電勢。沿著電場線方向電勢__________。電勢降低__________的方向為電場強度的方向。5.電勢差在電場中,兩點之間的__________電勢的叫做電勢差,也叫做__________。表達式為UAB=φA?φB或者UBA=φB?φA,所以有6.靜電力做功和電勢差之間的關(guān)系UAB=WABq或者W7.勻強電場中電勢差和電場強度的關(guān)系UAB=Ed,公式中的d必須是沿電場強度方向的距離。當電場中的兩點不在同一條電場線上時,8.等勢面電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面叫做等勢面。等勢面是為了描述電場性質(zhì)而__________的面,實際并不存在。也屬于理想模型。電場線越密的地方,等勢面也越__________。在同一等勢面上各點電勢相等,在同一等勢面上移動電荷,靜電力__________。電場線跟等勢面__________,并且由電勢__________的等勢面指向電勢__________的等勢面。由等勢面的疏密可以定性地分析某點電場強度的大小:等勢面越密,電場強度越__________。答案:1.起始終止路徑重力2.電勢能無窮遠大地大小3.減少增加電勢能其他形式4.電荷量有關(guān)標量降低最快5.差值電壓6.比值7.勻強電場8.假想密不做功垂直高低大【問題情境舉隅】避雷針尖端附近的等勢面避雷針附近的電場分布如圖所示,實線為電場線,虛線為等勢面,等勢面和電場線關(guān)于避雷針所在的豎直線對稱分布,曲線為某帶電粒子僅在電場力作用下的運動軌跡。類似的還有口罩靜電駐極性技術(shù)和尖端放電?？绮诫妷寒敿芸站€路的一根帶電導(dǎo)線斷落在地上時,落地點與帶電導(dǎo)線的電勢相同,電流就會從導(dǎo)線的落地點向大地流散,于是地面上以導(dǎo)線落地點為中心,形成了一個電勢分布區(qū)域,離落地點越遠,電流越分散,地面電勢也越低。如果人或牲畜站在距離電線落地點810米以內(nèi)。就可能發(fā)生觸電事故,這種觸電叫做跨步電壓觸電。利用導(dǎo)電紙中的恒定電流場模擬真空中的靜電場當在場中與導(dǎo)電紙接觸的兩探針尖端的電勢差為零時,與探針相連的電壓表讀數(shù)為0,從而可以通過探針找出電流場中的等勢點,并依據(jù)等勢點描出等勢線。關(guān)鍵點撥比較電勢高低,比較電勢能的大小【例題1】真空中某點電荷的等勢面示意如圖,圖中相鄰等勢面間電勢差相等。下列說法中正確的是 ()A.該點電荷一定為正電荷B.P點的場強一定比Q點的場強大C.P點電勢一定比Q點電勢低D.正檢驗電荷在P點比在Q點的電勢能大課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥1】電場中兩點電勢高低的判斷方法判斷角度判斷方法依據(jù)電場線方何順著電場線的方向電勢越來越低依據(jù)靜電力做功(1)在兩點間移動正電荷，如果靜電力做正功，則電勢降低；如果靜電力做負功，則電勢升高(2)在兩點間移動負電荷，如果靜電力做正功，則電勢升高；如果靜電力做負功，則電勢降低電勢能大小的判斷方法判斷角度判斷方法依據(jù)靜電力做功無論正、負電荷,電場力做正功,電勢能就減小;電場力做負功,電勢能就增大依據(jù)場源電荷(1)離正場源電荷越近，電勢越高，正檢驗電荷的電勢能越大，負檢驗電荷的電勢能越小(2)離負場源電荷越近，電勢越低，正檢驗電荷的電勢能越小，負檢驗電荷的電勢能越大靜電力做功和電勢差之間的關(guān)系【例題2】把q=1.0×10?8C的點電荷由A點移到B點,電場力做功3×10?7J,則A、B間電勢差為__________V,電勢較高的是__________點。把q'=?2.0×10?8C的點電荷由A點移到C點,電場力做功課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥2】等分法求電場和電勢【例題3】一勻強電場的方向平行于xOy平面,平面內(nèi)a、b、c三點的位置如圖所示,三點的電勢分別為10V、17V、26V。電場強度的大小為__________V/m,坐標原點處的電勢為__________V,電子在a點的電勢能比在b點的高__________eV,電子從b課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥3】等分法確定電場線及電勢高低的解題思路1.已知勻強電場中某些點的電勢。2.利用等分法確定等勢點(勻強電場中電勢是均勻變化的)。3.連接等勢點得到等勢面。4.作等勢線的垂線得電場線，由電勢高低確定電場線方向。帶電粒子與等勢面和電場線【例題4】實線為三條未知方向的電場線,從電場中的M點以相同的速度飛出a、b兩個帶電粒子,a、b的運動軌跡如圖中的虛線所示(A.a一定帶正電,b一定帶負電B.靜電力對a做正功,對b做負功C.a的速度將減小,b的速度將增大D.a的加速度將減小,b的加速度將增大課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥4】帶電粒子在電場中運動軌跡問題的分析方法1.判斷靜電力的方向,從軌跡的彎曲方向判斷受力方向,從而分析電場線的方向或電荷的正負。2.判斷速度方向,帶電粒子運動軌跡上某點的切線方向為該點處的速度方向。3.判斷靜電力做功的正負及電勢能的增減,若靜電力方向與速度方向成銳角。則靜電力做正功電勢能減少;若靜電力方向與速度方向成鈍角則靜電力做負功,電勢能增加。過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.如圖所示,平行虛線為勻強電場的等勢線,曲線為正電荷在勻強電場中的運動軌跡,a、b是軌跡上的兩點,粒子重力不計,下列說法中正確的是A.電荷在a點受到的電場力水平向左B.a點的電勢高于b點的電勢C.電荷在b點的動能是在a點動能的2倍D.選擇合適的零電勢點,電荷在a、2.如圖,在勻強電場中有一虛線圓,ab和cd是圓的兩條直徑,其中ab與電場方向的夾角為60°,ab=0.2m,cd與電場方向平行,aA.電場強度的大小EB.b點的電勢比d點的低5VC.將電子從c點移到d點,電場力做正功D.電子在a點的電勢能大于在c點的電勢能3.如圖所示,在水平向右的勻強電場中,有一電荷量為q=?8×10?7C的點電荷從A點運動到B點,電場力做功為W=3.2×(1)B、A間電勢差(2)電場強度E是多大?(3)如果B點的電勢為6V,那么A點的電勢為多大?這個點電荷在A點具有的電勢能是多少?第3題圖【綜合演練】靜電駐極技術(shù)熔噴布是口罩的中間過濾層,它經(jīng)過了靜電駐極技術(shù)處理,即通過高壓放電,使電荷附著在熔噴無紡布上,使它能吸附一些顆粒較小的污染物,甚至對病毒這種納米級的物質(zhì)也可吸附或阻隔。1.駐極處理裝置中針狀電極與平板電極間的電場如圖所示。(1)用虛線畫出通過a點的等勢面;(2)a、b兩點中,電場較強的是__________點,電勢較高的是__________點(均選填:A.aB.2.(1)帶電粒子僅受電場力作用,初始時靜止,向熔噴布運動過程中,其速度不斷__________(選填:A.增大B.減少),加速度不斷__________(選填:A.增大B.減少)。(2)有一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶負電塵埃在P點初始靜止,而后在電場力的作用下向熔噴布靠近,在塵埃離開P點之后,該處的電勢__________(選填:A.增大B.減少C.不變),塵埃的電勢能逐漸__________(選填:A.增大B.減少)。(3)已知正、負極間的電壓為U,塵埃受到的重力可以忽略不計,則(2)中的塵埃被熔噴布捕獲時的速度大小為__________。第3講帶電粒子在電場中的運動內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】1.帶電粒子在電場中由靜止開始加速運動狀態(tài)分析:一個帶+q電荷量、質(zhì)量為m的粒子,在帶電的平行金屬板的正極板附近由靜止開始運動。金屬板間距為d,兩極板之間電壓為U。在忽略重力和平行金屬板的邊緣效應(yīng),帶電粒子應(yīng)該是沿著電場線方向做__________方法1:動力學角度①判斷粒子只受到__________,故粒子應(yīng)該做初速度為零的勻加速直線運動。②根據(jù)牛頓第二定律可知,帶電粒子的加速度為a③根據(jù)v2?v方法2:能量角度判斷此過程中只有涉及到動能和__________能的相互轉(zhuǎn)化。靜電力做__________,其大小為W=根據(jù)動能定理W合=ΔE注意:在受力分析時忽略重力以及重力做功,但不是忽略質(zhì)量。2.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)運動狀態(tài)分析:如圖所示,一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子以速度v0__________于電場線方向進入勻強電場,不考慮重力和平行金屬板的邊緣效應(yīng),由于帶電粒子在電場中的運動僅受恒定靜電力的作用,且與初速度方向__________,故帶電粒子做__________方法:運動的合成和__________①帶電粒子沿初速度(水平)方向做勻速直線運動,在電場中的運動時間為t=②帶電粒子沿靜電力方向做初速度為零的勻加速直線運動,a=③帶電粒子在電場中沿著靜電力方向偏轉(zhuǎn)的距離y④帶點粒子離開電場時沿著靜電力方向的速度v⑤帶點粒子離開電場時速度的偏轉(zhuǎn)角θ滿足tan?θ=v答案:1.初速度為零的勻加速直線電場力qEm或qUmd2ad或22.垂直垂直類平拋拋物線分解Lv0【問題情境舉隅】示波管原理組成部分:電子槍:發(fā)射并加速電子,E1的作用加熱燈絲發(fā)出電子;E2的作用加速電子。偏轉(zhuǎn)電極:YY苂光屏：電子束打到苂光屏上能使該處的苂光物質(zhì)發(fā)光。粒子加速器(直線)傳統(tǒng)的直線加速器裝置由多個橫截面積相同的金屬圓筒依次排列,其中心軸線在同一直線上,圓筒的長度依照一定的規(guī)律依次增加。序號為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個極相連,序號為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一個極相連。為使電子運動到圓筒與圓筒之間各個間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運動方向相同而不斷加速,圓筒長度的設(shè)計必須遵照一定的規(guī)律。質(zhì)子重離子設(shè)備在現(xiàn)代科學實驗和技術(shù)設(shè)備中,常常利用電場加速帶電粒子來治療腫瘤,例如上海市質(zhì)子重離子醫(yī)院。這樣的裝置相比用過輻射源來治療患者,在電路不工作的時候沒有輻射,更加安全(圖1)。陰極射線管的本質(zhì)也利用電場加速電子(圖2)。關(guān)鍵點撥帶電粒子在電場中的加速【例題1】質(zhì)子療法進行治療,該療法用一定能量的質(zhì)子束照射腫瘤殺死癌細胞.現(xiàn)用一直線加速器來加速質(zhì)子,使其從靜止開始被加速到1.0×107m/s。已知加速電場的場強為1.3×105N/C,質(zhì)子的質(zhì)量為A.加速過程中質(zhì)子電勢能增加B.質(zhì)子所受到的電場力約為2×C.質(zhì)子加速需要的時間約為8×D.加速器加速的直線長度約為4m課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥1】分析帶電粒子在電場中的加速問題主要有兩種方法1.用動力學觀點分析:即分析出帶電粒子的受力情況,在利用牛頓運動定律和運動學規(guī)律求解。2.用功能關(guān)系分析:利用電場力做功和電勢差之間的關(guān)系求解功能關(guān)系,輔助以動能、動量定律等。帶電粒子在周期電場中的運動【例題2】一質(zhì)量為m、帶電量為+q的微粒放在靜電場中,電場強度隨時間變化的規(guī)律如圖所示。帶電微粒只在靜電力的作用下,從t=0由靜止開始運動。請分析帶電微粒的運動情況并計算課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥2】此類題目一般只有兩種運動模型：(1)單向直線運動;(2)粒子做往返運動。一般的解題順序如下帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)【例題3】如圖所示,四個質(zhì)量均為m、帶電荷量均為+q的微粒a、b、c、d距離地面的高度相同，以相同的水平速度被拋出，除了a微粒沒有經(jīng)過電場外，其他三個微粒均經(jīng)過電場強度大小為EA.tb=tC.ta=t課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥3】帶電粒子在電場的偏轉(zhuǎn)一般是曲線運動(類平拋運動),一般由兩種方法入手:1.利用運動的合成和分解原理,將曲線運動拆解為水平運動和豎直運動,利用等時性原理列式求解相關(guān)參數(shù)。2.利用平拋運動的相關(guān)推論。①粒子經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后射出,速度的反向延長線與初速度延長線的交點O為粒子水平位移的中點,即O到偏轉(zhuǎn)電場邊緣的距離為偏轉(zhuǎn)極板長度的一半。②平拋運動任意時刻的速度偏轉(zhuǎn)角的正切值是位移偏轉(zhuǎn)角的正切值的兩倍。過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.如圖所示,用一根絕緣輕繩懸掛一個帶電小球,小球的質(zhì)量為m=1.0×10?2kg?，F(xiàn)加一水平方向向左的勻強電場,場強E=3.0×106(1)小球帶何種電荷,電荷量為多大?(2)剪斷繩子后的小球加速度大小?2.(多選)如圖所示,地面上固定一傾角為θ=53°,高為?的光滑絕緣斜面,現(xiàn)將一個帶正電的物塊(可視為質(zhì)點)從斜面頂端由靜止釋放,已知物塊質(zhì)量為m,電荷量為q,斜面置于水平向左的勻強電場中,電場強度大小為E=4A.物塊從靜止釋放到落地的過程中電場力做功為mg?B.物塊從靜止釋放到落地的過程中電場力做功為16C.物塊落地的動能大小為2D.物塊落地的動能大小為253.(多選)電荷控制式噴墨打印機的打印頭的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。其中墨盒可以噴出極小的墨汁微粒(重力不計),此微粒經(jīng)過帶電室后以一定的初速度垂直射入偏轉(zhuǎn)電場,再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場后打到紙上,顯示出字符。已知偏移量越大打在紙上的字跡越大。現(xiàn)要縮小字跡,下列措施中可行的是 ()A.增大墨汁微粒電量與質(zhì)量的比值 B.增大墨汁微粒進入偏轉(zhuǎn)電場時的初動能C.增大偏轉(zhuǎn)極板的長度 D.增大偏轉(zhuǎn)極板間的間距【綜合演練】粒子加速器粒子加速器全名為“荷電粒子加速器”,是使帶電粒子在高真空場中受磁場力控制、電場力加速而達到高能量的特種電磁、高真空裝置。它是一種可為各類科學研究和設(shè)施設(shè)備提供各種高能粒子束或輻射線的現(xiàn)代化裝備。日常生活中常見的粒子加速器有用于電視機的陰極射線管及X光管等設(shè)施。1.氘核11H和氦核24He從靜止開始,經(jīng)同一電場加速后,它們的速度分別為A.v1=v2 B.v1=22.如題圖,平行金屬板A、B水平正對放置,分別帶等量異種電荷。一帶電微粒水平射入板間,在重力和靜電力共同作用下運動,運動軌跡如圖中虛線所示,則A.若微粒帶正電荷,則A板一定帶正電B.微粒從M點運動到N點的過程中動能一定增加C.微粒從M點運動到N點的過程中電勢能一定增加D.微粒從M點運動到N點的過程中機械能一定增加3.如題圖,一質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子(不計重力)從兩平行板左側(cè)中點處沿垂直電強方向射入,當入射速度為v0時,恰好穿過電場而不碰金屬板。若粒子的入射速度變?yōu)?vA.兩極板長度變?yōu)樵瓉淼?倍B.粒子的電量變?yōu)樵瓉淼?倍C.兩板間電壓增為原來的4倍D.移動上極板,使兩板間距離增為原來的4倍4.如題圖,勻強電場的方向豎直向下,電場強度為E,電場區(qū)域的水平距離為L,質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子以水平速度v進入電場,不計粒子的重力,則帶電粒子在電場中運動的加速度為__________,在電場中運動的時間為__________。5.如題圖,一個初速度為零的電子經(jīng)U1的電壓加速后,垂直平行板間的勻強電場從距兩極板等距處射入。若兩板間距為d,板長為L,兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓為U2;當有帶電粒子撞擊苂光屏時會產(chǎn)生亮點。已知電子的帶電量為e,質(zhì)量為(1)電子經(jīng)電壓U1加速后以多大的速度v(2)求電子射出偏轉(zhuǎn)電場時速度偏轉(zhuǎn)角的正切值tan?θ(3)若有電子、質(zhì)子、α粒子三種粒子經(jīng)此裝置出射,最終在右側(cè)的熒光屏上我們會看到幾個點?(菼光屏緊貼偏轉(zhuǎn)極板)請計算說明。第4講電容電容器內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】1.電容器任何兩個彼此__________又相距很近的導(dǎo)體,都可以看作一個電容器。絕緣物質(zhì)(如空氣、聚丙烯、云母等)又稱__________。電容器可以存儲__________和電能。電容器所帶電荷量是指電容器一個極板所帶電荷量的絕對值。2.電容電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U之比,叫做電容器的電容,用C表示,表達式為C=__________,由上式可見,電容器的電容在數(shù)值上等于兩極板間的電勢差為1V時電容器極板上所帶的電荷量。電容的國際單位是__________,簡稱法,用符號F表示。常用微法(μF)、納法(nF)、皮法如加在電容器兩極板上的電壓超過某個極限數(shù)值,電介質(zhì)將變成導(dǎo)體,這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的__________。電介質(zhì)擊穿導(dǎo)致電容器損壞。這個極限電壓稱為擊穿電壓。電容器通常都標明電容器的__________。3.平行板電容器在兩個相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)(空氣也是一種電介質(zhì)),就組成一個最簡單的電容器,叫做平行板電容器。其電容的決定式為C=εrS4πkd,εr稱為電介質(zhì)的相對介電常數(shù),真空的介電常數(shù)為1,空氣的介電常數(shù)近似為1,兩極板上的電荷等量異號,分布在兩極板相對的__________側(cè)。極板間形成__________電場(除邊緣外),電場強度大小E=4.實驗:觀察電容器的充、放電現(xiàn)象實驗主要流程如下。①按圖連接好電路;②把單刀雙擲開關(guān)S閉合,使開關(guān)1連通,觀察電容器的充電現(xiàn)象,并將結(jié)果記錄在表格中;③使開關(guān)2連通,觀察電容器的放電現(xiàn)象,并將結(jié)果記錄在表格中;④記錄好實驗結(jié)果,關(guān)閉電源。實驗原理如下。電容器的充電過程,當開關(guān)S接1時,電容器接通電源在靜電力的作用下自由電子從正極板經(jīng)過電源向負極板移動,正極板因__________電子而帶正電,負極板因__________電子而帶負電。正、負極板帶的正、負電荷__________。電荷在移動的過程中形成電流。在充電開始時電流比較__________(填“大”或“小”),以后隨著極板上電荷的增多,電流逐漸__________(填“增大”或“減小”,當電容器兩極板間電壓等于電源電壓時,電荷停止定向移動電流I=電容器的放電過程,當開關(guān)S接2時,相當于將電容器的兩極板直接用導(dǎo)線連接起來,電容器正、負極板上電荷發(fā)生__________。在電子移動過中,形成電流。放電開始電流較__________(填“大”或“小”),隨著兩極板上的電荷量逐漸減小,電路中的電流__________(填“增大”或“減小”),兩極板間逐漸的電壓也逐漸減小到__________。注意事項:①電流表要選用小量程的靈敏電流計,②要選擇大容量的電容器,③實驗要在干燥的環(huán)境中進行。答案:1.絕緣電介質(zhì)電荷2.QU法拉10?63.面積間距內(nèi)勻強4.失去得到大減小0中和大減少0【問題情境舉隅】超級電容電器超級電容器通過極化電解質(zhì)來儲能,但不發(fā)生化學反應(yīng),而且儲能過程是可逆的,也正因為此超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。優(yōu)點是產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染,是理想的綠色環(huán)保電源;電路簡單,無需充電電池那樣的充電電路,長期使用免維護。缺點是功率密度相對較低。電容觸摸屏目前智能普遍采用了電容觸摸屏,當手指觸摸在金屬層上時,由于人體電場,用戶和觸摸屏表面形成一個耦合電容,對于高頻電流來說,電容是直接導(dǎo)體,于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出,并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比,控制器通過對這四個電流比例的精確計算,得出觸摸點的位置。指紋解鎖也是相似的原理,當手指貼在傳感器上時,這些小極板和與之正對的皮膚表面就形成了大量的小電容器,由于距離不同,所以這些小電容器的電容不同。此時傳感器給所有的小電容器充電達到某一電壓值,然后開始放電,其中電容值較小的小電容器放電較快,于是根據(jù)放電快慢的不同,就可以探測到不同點的位置,從而形成指紋的圖像數(shù)據(jù)。毛衣放電在干燥的冬天,化纖衣物會產(chǎn)生高壓(10kV級)靜電,對我們的日常生活會產(chǎn)生不便。但是化纖衣物表面的電荷量極為有限(μC電容式鍵盤計算機鍵盤為電容式傳感器,每個鍵下面由相互平行間距為d的活動金屬片和固定金屬片組成,兩金屬片間有空氣間隙,兩金屬片組成一個平行板電容器,只有當該鍵的電容改變量大于或等于原電容的50%時,傳感器才有感應(yīng)。關(guān)鍵點撥描述電容器的物理量【例題1】(多選)對于某個給定的電容器,下列圖中能夠恰當?shù)孛枋銎渌鶐щ姾闪縌、兩板間的電勢差U、電容C之間相互關(guān)系的是 ()課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥1】1.電容器的電荷量等于兩個極板所帶電荷量絕對值的和。2.電容器的電容與電容器所帶電荷量成正比,與電壓成反比。3.電容是電容器儲存電荷量的本領(lǐng),與電容器是否帶電無關(guān)。4.放電后電容器的電荷量為零,電容卻不為零。平板電容器的電容【例題2】下圖為幾種電容式傳感器,其中通過改變電容器兩極間距離而引起電容變化的是 ()課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥2】電容的定義式為:C=QU,適用于一切情況。平行板電容的決定式為C=εrS電容的充放電和儲能【例題3】(多選)某探究小組用電流和電壓傳感器探究電容器的充、放電現(xiàn)象。如圖所示,單刀雙鄭開關(guān)S先與a端相接,待穩(wěn)定后改接b端,則下列關(guān)于電容器在充、放電過程中的i?t圖像和U?課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c撥3】電容充電和電容放電觀察i?t圖像和電流與時間軸包圍的面積可以定性判斷為電壓的增減,時間軸以上包圍的“正面積”代表電容兩端電壓增加;時間軸以下包圍的“負面積”代表電容兩端電壓減少。電壓關(guān)于時間的函數(shù)的導(dǎo)數(shù)(切線斜率)可以定性判斷為電流,導(dǎo)數(shù)的大小定性表示電流的大小,導(dǎo)數(shù)為正,表示電容器正在充電;導(dǎo)數(shù)為負,表示電容器正在放電。過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.給一個額定電壓為25V的固定電容器充電。試在題圖所示的坐標系中畫出這個電容器在充電過程中電荷量Q、電壓U和電容C這三個物理量中任意兩個物理量之間的關(guān)系。2.在“用傳感器觀察電容器的充放電過程”實驗中,按題圖1所示連接電路。單刀雙搠開關(guān)S先跟2相接,某時刻開關(guān)改接1,一段時間后,把開關(guān)再改接2。實驗中使用了電流傳感器來采集電流隨時間的變化情況。(1)開關(guān)S改接2后,電容器進行的是__________(選填“充電”或“放電”)過程。此過程得到的I?t(2)如果不改變電路其他參數(shù),只減小電阻R的阻值,則此過程的I?t曲線與坐標軸所圍成的面積將(3)若實驗中測得該電容器充電結(jié)束時兩極間的電壓為8.0V,在整個放電過程中釋放的電荷量Q=3.2×10?3C,則該電容器的電容為__________【綜合演練】1.某課外興趣小組用如題圖甲所示的電路觀察電解電容器的充、放電現(xiàn)象,并測量電容器的電容。(1)粗略觀察充放電的電流大小和方向時,應(yīng)選擇表頭為__________(選填“乙”或“丙”)圖的電流表。(2)下列關(guān)于電容器充電時,充電電流i與時間t的圖像中,所帶電荷量q與極板間的電壓U的圖像正確的是__________。(3)為了能測量電容,將題圖甲中電流表換成電流傳感器。請根據(jù)電路圖連接實物圖__________。(4)電容器放電過程中,電流隨時間變化的規(guī)律如題圖(4)所示,計算機可以得出i?t圖像中圖線跟橫軸所圍的面積為0.869mA?s。已知電阻R為500Ω,直流電源電壓恒為2V,則該電容器電容為__________(5)僅將500Ω的電阻R改為100