(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第7章 靜電場 第3節(jié) 電容器、帶電粒子在電場中的運(yùn)動教學(xué)案
《(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第7章 靜電場 第3節(jié) 電容器、帶電粒子在電場中的運(yùn)動教學(xué)案》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第7章 靜電場 第3節(jié) 電容器、帶電粒子在電場中的運(yùn)動教學(xué)案(17頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第3節(jié) 電容器、帶電粒子在電場中的運(yùn)動 一、電容器及電容 1.常見電容器 (1)組成:由兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體組成。 (2)帶電荷量:一個(gè)極板所帶電荷量的絕對值。 (3)電容器的充、放電 充電:使電容器帶電的過程,充電后電容器兩極板帶上等量的異種電荷,電容器中儲存電場能。 放電:使充電后的電容器失去電荷的過程,放電過程中電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。 2.電容 (1)定義:電容器所帶的電荷量與電容器兩極板間的電勢差的比值。 (2)定義式:C=。 (3)物理意義:表示電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量。 (4)單位:法拉(F),1 F=106 μF=1012 pF。
2、 3.平行板電容器 (1)影響因素:平行板電容器的電容與極板的正對面積成正比,與電介質(zhì)的相對介電常數(shù)成正比,與極板間距離成反比。 (2)決定式:C=,k為靜電力常量。 二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動 1.做直線運(yùn)動的條件 (1)粒子所受合外力F合=0,粒子做勻速直線運(yùn)動或靜止。 (2)粒子所受合外力F合≠0,且與初速度方向在同一條直線上,帶電粒子將做勻加速直線運(yùn)動或勻減速直線運(yùn)動。 2.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) (1)條件:以速度v0垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場,僅受電場力。 (2)運(yùn)動性質(zhì):勻變速曲線運(yùn)動。 (3)處理方法:運(yùn)動的合成與分解。 ①沿初速度方向:做勻速直
3、線運(yùn)動。 ②沿電場方向:做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。 1.思考辨析(正確的畫“√”,錯誤的畫“×”) (1)電容器所帶的電荷量是指每個(gè)極板所帶電荷量的代數(shù)和。 (×) (2)電容器的電容與電容器所帶電荷量成反比。 (×) (3)放電后的電容器電荷量為零,電容也為零。 (×) (4)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中只能做類平拋運(yùn)動。 (×) (5)帶電粒子在電場中,只受電場力時(shí),也可以做勻速圓周運(yùn)動。 (√) (6)示波管屏幕上的亮線是由于電子束高速撞擊熒光屏而產(chǎn)生的。 (√) 2.(人教版選修3-1P32T1改編)如圖所示的裝置,可以探究影響平行板電容器電容的因素,關(guān)于下列操作及出
4、現(xiàn)的現(xiàn)象的描述正確的是( ) A.電容器與電源保持連接,左移電容器左極板,則靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角增大 B.電容器充電后與電源斷開,上移電容器左極板,則靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角增大 C.電容器充電后與電源斷開,在電容器兩極板間插入玻璃板,則靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角增大 D.電容器充電后與電源斷開,在電容器兩極板間插入金屬板,則靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角增大 B [電容器與電源保持連接時(shí)兩極板間的電勢差不變,靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角不變,A錯誤;與電源斷開后,電容器所帶電荷量不變,結(jié)合U=和C=可判斷B正確,C、D錯誤。] 3.(人教版選修3-1P39T1改編)如圖所示,電子由靜止開始從A板向B板運(yùn)動,到達(dá)B板的速度
5、為v,保持兩極板間電壓不變,則( ) A.當(dāng)減小兩極板間的距離時(shí),速度v增大 B.當(dāng)減小兩極板間的距離時(shí),速度v減小 C.當(dāng)減小兩極板間的距離時(shí),速度v不變 D.當(dāng)減小兩極板間的距離時(shí),電子在兩極間運(yùn)動的時(shí)間變長 [答案] C 4.(人教版選修3-1P39T5改編)如圖所示,電子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后,沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場,并從另一側(cè)射出。已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,加速電場電壓為U0,偏轉(zhuǎn)電場可看成勻強(qiáng)電場,極板間電壓為U,極板長度為L,板間距為d。忽略電子所受重力,電子射入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)初速度v0和從偏轉(zhuǎn)電場射出時(shí)沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離Δy分別是( )
6、 A. B. C. D. D [根據(jù)動能定理,有eU0=mv, 電子射入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的初速度v0=, 在偏轉(zhuǎn)電場中,電子的運(yùn)動時(shí)間Δt==L, 加速度a==, 偏轉(zhuǎn)距離Δy=a(Δt)2=。] 平行板電容器的動態(tài)分析 [依題組訓(xùn)練] 1.兩類典型問題 (1)電容器始終與恒壓電源相連,電容器兩極板間的電勢差U保持不變。 (2)電容器充電后與電源斷開,電容器兩極板所帶的電荷量Q保持不變。 2.動態(tài)分析思路 (1)U不變 ①根據(jù)C=和C=,先分析電容的變化,再分析Q的變化。 ②根據(jù)E=分析場強(qiáng)的變化。 ③根據(jù)UAB=Ed分析某點(diǎn)電勢變化。 (2)
7、Q不變 ①根據(jù)C=和C=,先分析電容的變化,再分析U的變化。 ②根據(jù)E=分析場強(qiáng)變化。 [題組訓(xùn)練] 1.(多選)如圖所示的電路,閉合開關(guān),水平放置的平行板電容器中有一個(gè)帶電液滴正好處于靜止?fàn)顟B(tài)。為了使液滴豎直向上運(yùn)動,下列操作可行的是( ) A.?dāng)嚅_開關(guān),將兩板間的距離拉大一些 B.?dāng)嚅_開關(guān),將兩板水平地向相反方向移開一些 C.保持開關(guān)閉合,將兩板間的距離減小一些 D.保持開關(guān)閉合,以兩板各自的左側(cè)板沿為軸,同時(shí)向上(即逆時(shí)針方向)轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度 BC [開始時(shí)液滴受到豎直向下的重力和豎直向上的電場力正好處于靜止?fàn)顟B(tài),有Eq=mg。兩板間的電場強(qiáng)度E=,保持開關(guān)閉合時(shí)
8、,U不變,當(dāng)兩板間的距離d減小時(shí),E變大,此時(shí)Eq>mg,液滴豎直向上運(yùn)動,C正確;保持開關(guān)閉合,以兩板各自的左側(cè)板沿為軸,同時(shí)向上(即逆時(shí)針方向)轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度,E方向變了,此時(shí)液滴不會沿豎直方向運(yùn)動,D錯誤;斷開開關(guān),電容器的電荷量Q不變,E===,則E與d無關(guān),所以斷開開關(guān),將兩板間的距離拉大一些,仍有Eq=mg,液滴仍保持靜止?fàn)顟B(tài),A錯誤;斷開開關(guān),將兩板水平地向相反方向移開一些,兩板的正對面積S變小,E變大,此時(shí)Eq>mg,所以液滴豎直向上運(yùn)動,B正確。] 2.如圖所示,甲圖中電容器的兩個(gè)極板和電源的兩極相連,乙圖中電容器充電后斷開電源。在電容器的兩個(gè)極板間用相同的懸線分別吊起完全
9、相同的帶電小球,小球靜止時(shí)懸線和豎直方向的夾角均為θ,將兩圖中的右極板向右平移時(shí),下列說法正確的是( ) 甲 乙 A.甲圖中夾角減小,乙圖中夾角增大 B.甲圖中夾角減小,乙圖中夾角不變 C.甲圖中夾角不變,乙圖中夾角不變 D.甲圖中夾角減小,乙圖中夾角減小 B [由題圖可知,甲圖中的電容器和電源相連,所以電容器兩極板間的電壓不變,當(dāng)極板間的距離增大時(shí),根據(jù)E=可知,極板間的電場強(qiáng)度減小,電場力減小,所以夾角將減?。灰覉D中電容器充電后斷開電源,電容器兩極板所帶的電荷量不變,根據(jù)C=,極板間的電壓U==,極板間的電場強(qiáng)度E==,電場強(qiáng)度與兩極板間距離無關(guān),故夾角不變,
10、B正確。] 電容器動態(tài)變化的分析思路 帶電粒子在電場中的運(yùn)動 [講典例示法] 1.帶電粒子在電場中做直線運(yùn)動的分析方法: 2.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)的基本規(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,板長為l,板間距離為d(忽略重力影響),則有 (1)加速度:a===。 (2)在電場中的運(yùn)動時(shí)間:t=。 (3)速度 v=,tan θ==。 (4)位移 3.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)的兩個(gè)二級結(jié)論: (1)不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場射出時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度總是相同的。 證明:由qU0=mv及tan θ= 得t
11、an θ=。 (2)粒子經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后,合速度的反向延長線與初速度延長線的交點(diǎn)O為粒子水平位移的中點(diǎn),即O到電場邊緣的距離為。 帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動 [典例示法] 中國科學(xué)家2015年10月宣布中國將在2020年開始建造世界上最大的粒子加速器。加速器是人類揭示物質(zhì)本源的關(guān)鍵設(shè)備,在放射治療、食品安全、材料科學(xué)等方面有廣泛應(yīng)用。如圖所示,某直線加速器由沿軸線分布的一系列金屬圓管(漂移管)組成,相鄰漂移管分別接在高頻脈沖電源的兩極。質(zhì)子從K點(diǎn)沿軸線進(jìn)入加速器并依次向右穿過各漂移管,在漂移管內(nèi)做勻速直線運(yùn)動,在漂移管間被電場加速,加速電壓視為不變。設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管B時(shí)速度為8×106
12、m/s,進(jìn)入漂移管E時(shí)速度為1×107 m/s,電源頻率為1×107 Hz,漂移管間縫隙很小,質(zhì)子在每個(gè)管內(nèi)運(yùn)動時(shí)間視為電源周期的1/2。質(zhì)子的荷質(zhì)比取1×108 C/kg。求: (1)漂移管B的長度; (2)相鄰漂移管間的加速電壓。 思路點(diǎn)撥:(1)質(zhì)子在B管中做勻速直線運(yùn)動,已知速度,根據(jù)題意確定質(zhì)子在管中運(yùn)動的時(shí)間就可以求出管B的長度。 (2)從B管到E管質(zhì)子被三次加速,根據(jù)動能定理就可以確定加速電壓。 [解析] (1)設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管B的速度為vB,電源頻率、周期分別為f、T,漂移管A的長度為L,則 T= ① L=vB· ② 聯(lián)立①②式并代入數(shù)據(jù)得L=0.4 m。
13、③ (2)設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管E的速度為vE,相鄰漂移管間的加速電壓為U,電壓對質(zhì)子所做的功為W,質(zhì)子從漂移管B運(yùn)動到E電場做功W′,質(zhì)子的電荷量為q、質(zhì)量為m,則W=qU ④ W′=3W ⑤ W′=mv-mv ⑥ 聯(lián)立④⑤⑥式并代入數(shù)據(jù)得U=6×104 V。 ⑦ [答案] (1)0.4 m (2)6×104 V 帶電粒子在電場中做直線運(yùn)動常用關(guān)系式 (1)用動力學(xué)觀點(diǎn)分析 a=,E=,v2-v=2ad (2)用功能觀點(diǎn)分析 勻強(qiáng)電場中:W=qEd=qU=mv2-mv 非勻強(qiáng)電場中:W=qU=Ek2-Ek1 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 1.(2017·江蘇高考)如圖所示,三塊平
14、行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔,小孔分別位于O、M、P點(diǎn)。由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動到P點(diǎn)?,F(xiàn)將C板向右平移到P′點(diǎn),則由O點(diǎn)靜止釋放的電子( ) A.運(yùn)動到P點(diǎn)返回 B.運(yùn)動到P和P′點(diǎn)之間返回 C.運(yùn)動到P′點(diǎn)返回 D.穿過P′點(diǎn) A [根據(jù)平行板電容器的電容的決定式C=、定義式C=和勻強(qiáng)電場的電壓與電場強(qiáng)度的關(guān)系式U=Ed可得E=,可知將C板向右平移到P′點(diǎn),B、C兩板間的電場強(qiáng)度不變,由O點(diǎn)靜止釋放的電子仍然可以運(yùn)動到P點(diǎn),并且會原路返回,故選項(xiàng)A正確。] 2.真空中某豎直平面內(nèi)存在一水平向右的勻強(qiáng)電場,一質(zhì)量為m的帶電微粒恰好能沿圖示虛線(與水平方
15、向成θ角)由A向B做直線運(yùn)動,已知重力加速度為g,微粒的初速度為v0,則( ) A.微粒一定帶正電 B.微粒一定做勻速直線運(yùn)動 C.可求出勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度 D.可求出微粒運(yùn)動的加速度 D [因微粒在重力和電場力作用下做直線運(yùn)動,而重力豎直向下,由微粒做直線運(yùn)動條件知電場力必水平向左,微粒帶負(fù)電,故A錯誤;其合外力必與速度反向,大小為F=,即微粒一定做勻減速直線運(yùn)動,加速度為a=,故B錯誤,D正確;電場力qE=,但不知微粒的電荷量,所以無法求出其電場強(qiáng)度,故C錯誤。] 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) [典例示法] 如圖所示,真空中水平放置的兩個(gè)相同極板Y和Y′長為L,相距d,足
16、夠大的豎直屏與兩板右側(cè)相距b。在兩板間加上可調(diào)偏轉(zhuǎn)電壓UYY′,一束質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子(不計(jì)重力)從兩板左側(cè)中點(diǎn)A以初速度v0沿水平方向射入電場且能穿出。 (1)證明粒子飛出電場后的速度方向的反向延長線交于兩板間的中心O點(diǎn); (2)求兩板間所加偏轉(zhuǎn)電壓UYY′的范圍; (3)求粒子可能到達(dá)屏上區(qū)域的長度。 思路點(diǎn)撥:解此題要注意兩點(diǎn): (1)帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動,出電場后做勻速直線運(yùn)動。 (2)靈活應(yīng)用分解的方法抓住邊界條件。 [解析] (1)設(shè)粒子在運(yùn)動過程中的加速度大小為a,離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)偏轉(zhuǎn)距離為y,沿電場方向的速度為vy,速度偏轉(zhuǎn)角為θ,其反向延長
17、線通過O點(diǎn),O點(diǎn)與板右端的水平距離為x, 則有y=at2 L=v0t vy=at tan θ==, 解得x= 即粒子飛出電場后的速度方向的反向延長線交于兩板間的中心O點(diǎn)。 (2)由題知a= E= 解得y= 當(dāng)y=時(shí),UYY′= 則兩板間所加電壓的范圍為 -≤UYY′≤。 (3)當(dāng)y=時(shí),粒子到達(dá)屏上時(shí)豎直方向偏移的距離最大,設(shè)其大小為y0, 則y0=y(tǒng)+btan θ 又tan θ==, 解得:y0= 故粒子在屏上可能到達(dá)的區(qū)域的長度為2y0=。 [答案] 見解析 分析帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)問題的關(guān)鍵 (1)條件分析:不計(jì)重力,且?guī)щ娏W拥某跛?/p>
18、度v0與電場方向垂直,則帶電粒子將在電場中只受電場力作用做類平拋運(yùn)動。 (2)運(yùn)動分析:一般用分解的思想來處理,即將帶電粒子的運(yùn)動分解為沿電場力方向上的勻加速直線運(yùn)動和垂直電場力方向上的勻速直線運(yùn)動。 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 3.(多選)如圖所示為一個(gè)示波器工作原理的示意圖,電子經(jīng)電壓為U1的加速電場后以速度v0垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)量是h,兩平行板間的距離為d,電勢差為U2,板長為L,不計(jì)電子所受的重力。為了提高示波管的靈敏度,可采取的方法是( ) A.減小兩板間電勢差U2 B.盡可能使板長L短些 C.盡可能使板間距離d小一些 D.使加速電壓U1減小一些 CD [
19、電子的運(yùn)動過程可分為兩個(gè)階段,即加速和偏轉(zhuǎn)階段。加速階段:eU1=mv,偏轉(zhuǎn)階段:L=v0t,h=at2=t2,綜合得=,因此要提高靈敏度則需要:增大L或減小U1或減小d,故C、D正確。] 4.(多選)(2019·大連二模)如圖所示,在豎直放置的平行金屬板A、B之間加有恒定電壓U,A、B兩板的中央留有小孔O1、O2,在B板的右側(cè)有平行于極板的勻強(qiáng)電場E,電場范圍足夠大,感光板MN垂直于電場方向固定放置。第一次從小孔O1處由靜止釋放一個(gè)質(zhì)子,第二次從小孔O1處由靜止釋放一個(gè)α粒子,關(guān)于這兩個(gè)粒子的運(yùn)動,下列判斷正確的是( ) A.質(zhì)子和α粒子在O2處的速度大小之比為1∶2 B.質(zhì)子和
20、α粒子在整個(gè)過程中運(yùn)動的時(shí)間相等 C.質(zhì)子和α粒子打到感光板上時(shí)的動能之比為1∶2 D.質(zhì)子和α粒子打到感光板上的位置相同 CD [根據(jù)動能定理有mv2-0=qU,解得v=,所以質(zhì)子和α粒子在O2處的速度大小之比為∶1,選項(xiàng)A錯誤;質(zhì)子、α粒子在A、B板間做勻加速直線運(yùn)動,由a=可知,質(zhì)子的加速度大,所以質(zhì)子運(yùn)動時(shí)間短,進(jìn)入豎直電場做類平拋運(yùn)動,質(zhì)子在豎直電場中的加速度大,做類平拋運(yùn)動的時(shí)間較短,可知質(zhì)子在整個(gè)過程中的運(yùn)動時(shí)間小于α粒子的運(yùn)動時(shí)間,選項(xiàng)B錯誤;O2到MN板的電勢差用U′表示,對整個(gè)過程,由動能定理得Ek-0=q(U+U′),故帶電粒子的末動能與電荷量成正比,所以質(zhì)子和α粒
21、子打到感光板上時(shí)的動能之比為1∶2,選項(xiàng)C正確;質(zhì)子、α粒子由O2到MN板,豎直方向有h=t2,水平方向有x=vt,聯(lián)立解得x=2,所以質(zhì)子和α粒子打到感光板上的位置相同,選項(xiàng)D正確。] 帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動 [典例示法] 如圖甲所示,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,電容器板長和板間距離均為L=10 cm,下極板接地,電容器右端到熒光屏的距離也是L=10 cm,在電容器兩極板間接一交變電壓,上極板的電勢隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示。(每個(gè)電子穿過平行板的時(shí)間都極短,可以認(rèn)為電壓是不變的)求: 甲 乙 (1)在t=0.06 s
22、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? 審題指導(dǎo): 題干關(guān)鍵 獲取信息 穿過平行板時(shí)間極短 上、下極板間的電壓U(E)不變 上極板電勢—時(shí)間圖象 電子可向上(向下)偏 電子打到的區(qū)間 電壓過大時(shí),電子打到極板 [解析] (1)電子經(jīng)電場加速滿足qU0=mv2, 經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后側(cè)移量y=at2= 所以y=, 由圖知t=0.06 s時(shí)刻U偏=1.8U0, 所以y=4.5 cm。 設(shè)打在屏上的點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為Y,滿足 = 所以Y=13.5 cm。 (2)由y=知電子側(cè)移量y的最大值為,所以當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓超過 2U0,電子就打不到熒光屏上
23、了,所以熒光屏上電子能打到的區(qū)間長為3L=30 cm。 [答案] (1)打在屏上的點(diǎn)位于O點(diǎn)上方,距O點(diǎn)13.5 cm (2)30 cm 解決帶電粒子在交變電場中運(yùn)動問題的關(guān)鍵 (1)處理方法:將粒子的運(yùn)動分解為垂直電場方向上的勻速運(yùn)動和沿電場方向的變速運(yùn)動。 (2)比較通過電場的時(shí)間t與交變電場的周期T的關(guān)系 ①若t?T,可認(rèn)為粒子通過電場的時(shí)間內(nèi)電場強(qiáng)度不變,等于剛進(jìn)入電場時(shí)刻的電場強(qiáng)度。 ②若不滿足上述關(guān)系,應(yīng)注意分析粒子在電場方向上運(yùn)動的周期性。 (3)注意分析不同時(shí)刻射入電場的粒子在電場中運(yùn)動的差別,找到滿足題目要求的時(shí)刻。 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 5.如圖甲所示,兩
24、極板間加上如圖乙所示的交變電壓。開始A板的電勢比B板高,此時(shí)兩板中間原來靜止的電子在電場力作用下開始運(yùn)動。設(shè)電子在運(yùn)動中不與極板發(fā)生碰撞,向A板運(yùn)動時(shí)為速度的正方向,則下列圖象中能正確反映電子速度變化規(guī)律的是(其中C、D兩項(xiàng)中的圖線按正弦函數(shù)規(guī)律變化)( ) 甲 乙 A B C D A [電子在交變電場中所受電場力大小不變,加速度大小不變,故C、D兩項(xiàng)錯誤;從0時(shí)刻開始,電子向A板做勻加速直線運(yùn)動,T后電場力反向,電子向A板做勻減速直線運(yùn)動,直到t=T時(shí)刻速度變?yōu)榱?,之后重?fù)上述運(yùn)動,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯誤。] 6.如圖甲所示,
25、A、B為兩塊相距很近的平行金屬板,A、B間電壓為UAB=-U0,緊貼A板有一電子源,不停地飄出質(zhì)量為m,帶電荷量為e的電子(初速度可視為0)。在B板右側(cè)兩塊平行金屬板M、N間加有如圖乙所示的電壓,電壓變化的周期T=L,板間中線與電子源在同一水平線上。已知金屬板M、N間距為d,極板長為L,距偏轉(zhuǎn)極板右邊緣s處有熒光屏,求: 甲 乙 (1)電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)極板時(shí)的速度: (2)時(shí)刻沿中線射入偏轉(zhuǎn)極板間的電子剛射出偏轉(zhuǎn)極板時(shí)與板間中線的距離(未與極板接觸)。 [解析] (1)設(shè)電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)極板時(shí)的速度為v, 由動能定理有eU0=mv2 解得v=。 (2)由題意知,電
26、子穿過偏轉(zhuǎn)極板所需時(shí)間 t==L=T 故在時(shí)刻沿中線射入偏轉(zhuǎn)極板間的電子在電場方向上先加速再減速,然后反向加速再減速,各段位移大小相等,故電子沿板間中線射出偏轉(zhuǎn)極板。 [答案] (1) (2)0 1.“等效法”在電場中的應(yīng)用 “等效重力場”就是把重力場和勻強(qiáng)電場的復(fù)合場問題簡化為只有一個(gè)場的問題,從而將重力場中的相關(guān)規(guī)律有效地遷移過來。值得注意的是,由于重力場和勻強(qiáng)電場都是勻強(qiáng)場,所以帶電體受到的重力及電場力都是恒力。如果電場不是勻強(qiáng)電場,則不能進(jìn)行等效變換。 2.等效法求解電場中圓周運(yùn)動問題的解題思路 (1)求出重力與電場力的合力F合,將這個(gè)合力視為一個(gè)“等效重力”
27、。 (2)將a=視為“等效重力加速度”。 (3)小球能自由靜止的位置,即是“等效最低點(diǎn)”,圓周上與該點(diǎn)在同一直徑的點(diǎn)為“等效最高點(diǎn)”。 (4)將物體在重力場中做圓周運(yùn)動的規(guī)律遷移到等效重力場中分析求解。 [示例] 如圖所示,絕緣光滑軌道AB部分是傾角為30°的斜面,AC部分為豎直平面上半徑為R的圓軌道,斜面與圓軌道相切。整個(gè)裝置處于場強(qiáng)為E、方向水平向右的勻強(qiáng)電場中?,F(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電小球,電荷量為q=,要使小球能安全通過圓軌道,在O點(diǎn)的初速度應(yīng)滿足什么條件? [解析] 小球先在斜面上運(yùn)動,受重力、電場力、支持力,然后在圓軌道上運(yùn)動,受重力、電場力、軌道作用力,如圖所示,類
28、比重力場,將電場力與重力的合力視為等效重力mg′,大小為mg′==,tan θ==,得θ=30°,等效重力的方向與斜面垂直指向右下方,小球在斜面上勻速運(yùn)動。因要使小球能安全通過圓軌道,在圓軌道的“等效最高點(diǎn)”(D點(diǎn))滿足“等效重力”剛好提供向心力,即有mg′=,因θ=30°與斜面的傾角相等,由幾何關(guān)系知=2R,令小球以最小初速度v0運(yùn)動,由動能定理知-2mg′R=mv-mv 解得v0=,因此要使小球安全通過圓軌道,初速度應(yīng)滿足v0≥。 [答案] v0≥ 把握三點(diǎn),合理利用“等效法”解決問題 (1)把電場力和重力合成一個(gè)等效力,稱為等效重力。 (2)等效重力的反向延長線與圓軌跡的交
29、點(diǎn)為帶電體在等效重力場中運(yùn)動的最高點(diǎn)。 (3)類比“繩球”“桿球”模型臨界值的情況進(jìn)行分析解答。 [即時(shí)訓(xùn)練] 1.(多選)如圖所示,一根不可伸長的絕緣細(xì)線一端固定于O點(diǎn),另一端系一帶電小球,置于水平向右的勻強(qiáng)電場中,現(xiàn)把細(xì)線水平拉直,小球從A點(diǎn)由靜止釋放,經(jīng)最低點(diǎn)B后,小球擺到C點(diǎn)時(shí)速度為0,則( ) A.小球在B點(diǎn)時(shí)速度最大 B.小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中,機(jī)械能一直在減少 C.小球在B點(diǎn)時(shí)細(xì)線的拉力最大 D.從B點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中小球的電勢能一直增加 BD [小球所受重力和電場力恒定,重力和電場力的合力恒定,小球相當(dāng)于在重力和電場力的合力及細(xì)線的拉力作用下在豎直平面
30、內(nèi)做圓周運(yùn)動。 當(dāng)小球運(yùn)動到重力和電場力的合力和細(xì)線的拉力共線時(shí)(不是B點(diǎn)),小球的速度最大,此時(shí)細(xì)線的拉力最大,A、C錯誤;從A點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中,小球所受重力做正功,小球擺到C點(diǎn)時(shí)速度為0,所以電場力對小球做負(fù)功,小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中,機(jī)械能一直在減少,B正確;從B點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中,小球克服電場力做功,小球的電勢能一直增加,D正確。] 2.如圖所示,空間有一水平向右的勻強(qiáng)電場,半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi),O是圓心,AB是豎直方向的直徑。一質(zhì)量為m、電荷量為+q(q>0)的小球套在圓環(huán)上,并靜止在P點(diǎn),OP與豎直方向的夾角θ=37°。不計(jì)空氣阻力,已知重力加速度為g,sin
31、 37°=0.6,cos 37°=0.8。求: (1)電場強(qiáng)度E的大??; (2)若要使小球從P點(diǎn)出發(fā)能做完整的圓周運(yùn)動,小球初速度的大小應(yīng)滿足的條件。 [解析] (1)當(dāng)小球靜止在P點(diǎn)時(shí),小球的受力情況如圖所示, 則有=tan θ,所以E=。 (2)小球所受重力與電場力的合力F==mg。當(dāng)小球做圓周運(yùn)動時(shí),可以等效為在一個(gè)“重力加速度”為g的“重力場”中運(yùn)動。若要使小球能做完整的圓周運(yùn)動,則小球必須能通過圖中的Q點(diǎn)。設(shè)當(dāng)小球從P點(diǎn)出發(fā)的速度為vmin時(shí),小球到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)速度為零,在小球從P運(yùn)動到Q的過程中,根據(jù)動能定理有 -mg·2r=0-mv, 所以vmin=,即小球的初速度應(yīng)不小于。 [答案] (1) (2)不小于 17
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 110中國人民警察節(jié)(筑牢忠誠警魂感受別樣警彩)
- 2025正字當(dāng)頭廉字入心爭當(dāng)公安隊(duì)伍鐵軍
- XX國企干部警示教育片觀后感筑牢信仰之基堅(jiān)守廉潔底線
- 2025做擔(dān)當(dāng)時(shí)代大任的中國青年P(guān)PT青年思想教育微黨課
- 2025新年工作部署會圍繞六個(gè)干字提要求
- XX地區(qū)中小學(xué)期末考試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)(認(rèn)真復(fù)習(xí)輕松應(yīng)考)
- 支部書記上黨課筑牢清廉信念為高質(zhì)量發(fā)展?fàn)I造風(fēng)清氣正的環(huán)境
- 冬季消防安全知識培訓(xùn)冬季用電防火安全
- 2025加強(qiáng)政治引領(lǐng)(政治引領(lǐng)是現(xiàn)代政黨的重要功能)
- 主播直播培訓(xùn)直播技巧與方法
- 2025六廉六進(jìn)持續(xù)涵養(yǎng)良好政治生態(tài)
- 員工職業(yè)生涯規(guī)劃方案制定個(gè)人職業(yè)生涯規(guī)劃
- 2024年XX地區(qū)黨建引領(lǐng)鄉(xiāng)村振興工作總結(jié)
- XX中小學(xué)期末考試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)(認(rèn)真復(fù)習(xí)輕松應(yīng)考)
- 幼兒園期末家長會長長的路慢慢地走