第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动.doc
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1、(完整版)(整理)第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动(对应学生用书第103页)电容器、电容、平行板电容器1。电容器(1)带电量:一个极板所带电荷量的绝对值(2)电容器的充、放电充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的异种电荷,电容器中储存电场能放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电场能转化为其他形式的能2电容(1)意义:表示电容器容纳电荷本领的物理量(2)定义式:C。(3)单位:法拉(F),1 F106 F1012 pF.3平行板电容器(1)影响因素:平行板电容器的电容与正对面积成正比,与电介质的相对介电常数成正比,与两极
2、板间的距离成反比(2)决定式:C,k为静电力常量【针对训练】1(2012江苏高考)一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变,在两极板间插入一电介质,其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()AC和U均增大BC增大,U减小CC减小,U增大 DC和U均减小【解析】由平行板电容器电容决定式C知,当插入电介质后,变大,则在S、d不变的情况下C增大;由电容定义式C得U,又电荷量Q不变,故两极板间的电势差U减小,选项B正确【答案】B带电粒子在电场中的运动1.带电粒子在电场中的加速(1)处理方法:利用动能定理:qUmv2mv.(2)适用范围:任何电场2带电粒子在匀强电场中的偏转(1)研
3、究条件:带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场(2)处理方法:类似于平抛运动,应用运动的合成与分解的方法沿初速度方向做匀速直线运动,运动时间t.沿电场方向,做初速度为零的匀加速直线运动【针对训练】2两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m,电荷量为e,从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回,如图631所示,OAh,此电子具有的初动能是()图631A. BedUhC。 D.【解析】由动能定理得:ehEk,所以Ek.【答案】D示 波 管1.示波管装置示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,管内抽成真空如图632所示图6322工作原理(1)如果在偏转电极XX和YY之间都没有加电压,则
4、电子枪射出的电子束沿直线运动,打在荧光屏中心,在那里产生一个亮斑(2)YY上加的是待显示的信号电压XX上是机器自身产生的锯齿形电压,叫做扫描电压若所加扫描电压和信号电压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象【针对训练】3如图633所示,示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成如果在荧光屏上P点出现亮斑,那么示波管中的()图633A极板X应带正电B极板X应带正电C极板Y应带正电 D极板Y应带正电【解析】由荧光屏上亮斑的位置可知,电子在XX偏转电场中向X极板方向偏转,故极板X带正电,A正确,B错误;电子在YY偏转电场中向Y极板方向偏转,故极板Y带
5、正电,C正确,D错误【答案】AC(对应学生用书第104页)平行板电容器内部E、U、Q变化问题1。首先要区分两种基本情况(1)电容器两极板电势差U保持不变;(2)电容器的带电荷量Q保持不变2赖以进行讨论的物理依据主要有三个(1)平行板电容器的电容C与板间距d、正对面积S、介质介电常数间的关系为C;(2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强E;(3)电容器所带的电荷量QCU.图634(2013届长沙一中检测)如图634所示,A、B为平行板电容器的金属板,G为静电计开始时开关S闭合,静电计指针张开一定角度为了使指针张开角度增大一些,应该采取的措施是()A断开开关S后,将A、B两极板靠近一些B断开开关
6、S后,将A、B两极板分开一些C保持开关S闭合,将A、B两极板靠近一些D保持开关S闭合,将A、B两极板分开一些【解析】使指针张开角度增大一些,就是增大静电计两端的电压,当开关S闭合时,电压一定,则C、D错误;断开开关S后,电容器带电荷量一定,由CQ/U可知要增大电容器两极板之间电压,需减小电容C,由平行板电容器电容的决定式C知,保持S不变,增大d,电容C减小,则A错误、B正确【答案】B【即学即用】1(2011天津高考)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间场强为E1.现将电容器所带电荷量变为2Q,板间距变为d,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间场强为E2,
7、下列说法正确的是()AU2U1,E2E1BU22U1,E24E1CU2U1,E22E1 DU22U1,E22E1【解析】U1,E1.当板间距变为d时,由C可知电容变为2C,而带电荷量也变为2Q,故U2U1,E222E1,故C选项正确【答案】C带电粒子在电场中的平衡与直线运动1。带电粒子在电场中运动时重力的处理(1)基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等,除有说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量)(2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力2带电粒子在电场中的平衡解题步骤:(1)选取研究对象(2)进行受力分析,注意电场力的方向特点(3
8、)由平衡条件列方程求解3带电粒子在电场中的变速直线运动可用运动学公式和牛顿第二定律求解或从功能角度用动能定理或能量守恒定律求解带电粒子在匀强电场中所受电场力恒定,方向与电场线平行,所受重力恒定,方向竖直向下,因此粒子在匀强电场与重力场的复合场中一定做匀变速运动轨迹可能为直线,也可能为曲线图635(2011福建高考)反射式速调管是常用的微波器件之一,它利用电子团在电场中的振荡来产生微波,其振荡原理与下述过程类似如图635所示,在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场,一带电微粒从A点由静止开始,在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动已知电场强度的大小分别是E12。0103 N/C和E2
9、4.0103 N/C,方向如图所示带电微粒质量m1。01020 kg,带电量q1.0109 C,A点距虚线MN的距离d11.0 cm,不计带电微粒的重力,忽略相对论效应求:(1)B点距虚线MN的距离d2;(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t。【审题视点】(1)明确带电微粒的运动过程,微粒在两个场强大小、方向都不同的电场中先做匀加速后做匀减速直线运动(2)由动能定理、牛顿第二定律列方程求解【解析】(1)带电微粒由A运动到B的过程中,由动能定理有|qE1d1q|E2d20由式解得d2d10。50 cm.(2)设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2,由牛顿第二定律有q|E1ma1q
10、|E2ma2设微粒在虚线MN两侧运动的时间分别为t1、t2,由运动学公式有d1a1td2a2t又tt1t2由式解得t1。5108 s。【答案】(1)0。50 cm(2)1。5108 s【即学即用】2.图636(2012新课标全国高考)如图636,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直流电源相连若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子()A所受重力与电场力平衡B电势能逐渐增加C动能逐渐增加D做匀变速直线运动【解析】带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用,一是重力mg,方向竖直向下,二是电场力FEq,方向垂直于极板向上因二力均为恒力,已知带电粒子做直线
11、运动,所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上,根据牛顿第二定律可知,该粒子做匀减速直线运动,选项D正确,选项A、C错误;从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出,电场力对粒子做负功,粒子的电势能增加,选项B正确【答案】BD带电粒子在电场中的偏转问题1。粒子的偏转角问题图637(1)已知电荷情况及初速度如图637所示,设带电粒子质量为m。带电荷量为q,以速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场,偏转电压为U1.若粒子飞出电场时偏转角为,则tan ,式中vyat,vxv0,代入得tan 。结论:动能一定时tan 与q成正比,电荷量相同时tan 与动能成反比(2)已知加速电压U0若不同的带电粒子是
12、从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的,则由动能定理有:qU0mv由式得:tan 结论:粒子的偏转角与粒子的q、m无关,仅取决于加速电场和偏转电场即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场,它们在电场中的偏转角度总是相同的2粒子的偏转量问题(1)yat2()2做粒子速度的反向延长线,设交于O点,O点与电场边缘的距离为x,则x。结论:粒子从偏转电场中射出时,就像是从极板间的l/2处沿直线射出(2)若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加速后进入偏转电场的,则由式得:y结论:粒子的偏转角和偏转距离与粒子的q、m无关,仅取决于加速电场和偏转电场即不同的带电粒子从静止经过同一
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