2022年高考物理一輪復習 第六章 電場 第3單元 帶電粒子在電場中的運動教案

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1、2022年高考物理一輪復習 第六章 電場 第3單元 帶電粒子在電場中的運動教案 一、帶電粒子在電場中的運動 1.帶電粒子在勻強電場中的加速 t φ U0 -U0 o T/2 T 3T/2 2T 一般帶電粒子所受的電場力遠大于重力，所以可以認為只有電場力做功。由動能定理W=qU=ΔEK，此式與電場是否勻強無關(guān)，與帶電粒子的運動性質(zhì)、軌跡形狀也無關(guān)。 【例1】 如圖所示，兩平行金屬板豎直放置，左極板接地，中間有小孔。右極板電勢隨時間變化的規(guī)律如圖所示。電子原來靜止在左極板小孔處。（不計重力作用）下列說法中正確的是 AC A.從t=0時刻釋放電子，電子將始終向右運動，

2、直到打到右極板上 B.從t=0時刻釋放電子，電子可能在兩板間振動 C.從t=T/4時刻釋放電子，電子可能在兩板間振動，也可能打到右極板上 D.從t=3T/8時刻釋放電子，電子必將打到左極板上 U L d v0 m，q y vt θ θ 2.帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn) 規(guī)律 ①、速度規(guī)律 ②、位移規(guī)律 ③、角度規(guī)律 tan α ＝ 2 tan β 速度反向延長平分水平位移就象從水平位移的中點發(fā)出來一樣 3、重力忽略與否 忽略重力――電子、質(zhì)子、離子等微觀的帶電粒子 不忽略重力――塵埃、

3、液滴、小球等 4、 示波器和示波管 示波管的原理圖 5、帶電物體在電場力和重力共同作用下的運動。 - + O C 【例2】 已知如圖，水平放置的平行金屬板間有勻強電場。一根長l的絕緣細繩一端固定在O點，另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球。小球原來靜止在C點。當給小球一個水平?jīng)_量后，它可以在豎直面內(nèi)繞O點做勻速圓周運動。若將兩板間的電壓增大為原來的3倍，求：要使小球從C點開始在豎直面內(nèi)繞O點做圓周運動，至少要給小球多大的水平?jīng)_量？在這種情況下，在小球運動過程中細繩所受的最大拉力是多大？ 解：原來小球受到的電場力和重力大小相等，增大電壓后電場力是重力的3倍。在C點，最

4、小速度對應最小的向心力，這時細繩拉力為零，合力為2mg，可求速度為v=，因此給小球的最小沖量為I = m。在最高點D小球受到的拉力最大。從C到D對小球用動能定理：，在D點，解得F=12mg。 O A C B E θ θ 【例3】 已知如圖，勻強電場方向水平向右，場強E=1.5×106V/m，絲線長l=40cm，上端系于O點，下端系質(zhì)量為m=1.0×10－4kg，帶電量為q=+4.9×10-10C的小球，將小球從最低點A由靜止釋放，求：（1）小球擺到最高點時絲線與豎直方向的夾角多大？（2）擺動過程中小球的最大速度是多大？ 解：（1）這是個“歪擺”。由已知電場力Fe=0.75

5、G擺動到平衡位置時絲線與豎直方向成37°角，因此最大擺角為74°。 （2）小球通過平衡位置時速度最大。由動能定理：1.25mg?0.2l=mvB2/2，vB=1.4m/s。 二、電容器 1.電容器——兩個彼此絕緣又相隔很近的導體都可以看成一個電容器。 2.電容器的電容——電容器帶電時，兩極板就存在了電勢差， 電容器的電量跟兩極板的電勢差的比值叫電容器的電容 表示電容器容納電荷本領的物理量，是由電容器本身的性質(zhì)（導體大小、形狀、相對位置及電介質(zhì)）決定的。 單位：法拉（F）、皮法（pF）、微法（μF） 1 F ＝ 10 6μF 1 μF ＝ 10 6 pF

6、3.平行板電容器的電容 靜電計實驗（測量電勢差） （1） 電計與金屬板的連接方法 （2） 指針的偏角與電勢差的關(guān)系 （3） 電容器的電量基本不變 （4） 變距離、正對面積、電介質(zhì)（絕緣體）觀察偏角的變化 介電常數(shù)的定義 ε為電介質(zhì)的介電常數(shù)（極板間充滿電介質(zhì)使電容增大的倍數(shù)），s為正對面積、d為距離、k為靜電力常量 （注意：額定電壓和擊穿電壓） 4.兩種不同變化 電容器和電源連接如圖，改變板間距離、改變正對面積或改變板間電解質(zhì)材料，都會改變其電容，從而可能引起電容器兩板間電場的變化。這里要分清兩種常見的變化： K （1）電鍵K保持閉合，則電容器兩端

7、的電壓恒定（等于電源電動勢），這種情況下帶電量而 （2）充電后斷開K，保持電容器帶電量Q恒定，這種情況下 【例4】 如圖所示，在平行板電容器正中有一個帶電微粒。K閉合時，該微粒恰好能保持靜止。在①保持K閉合；②充電后將K斷開；兩種情況下，各用什么方法能使該帶電微粒向上運動打到上極板？（①選B，②選C。） A.上移上極板M B.上移下極板N C.左移上極板M D.把下極板N接地 K M N 【例5】 計算機鍵盤上的每一個按鍵下面都有一個電容傳感器。電容的計算公式是，其中常量ε=9.0×10-12F?m-1，S表示兩金

8、屬片的正對面積，d表示兩金屬片間的距離。當某一鍵被按下時，d發(fā)生改變，引起電容器的電容發(fā)生改變，從而給電子線路發(fā)出相應的信號。已知兩金屬片的正對面積為50mm2，鍵未被按下時，兩金屬片間的距離為0.60mm。只要電容變化達0.25pF，電子線路就能發(fā)出相應的信號。那么為使按鍵得到反應，至少需要按下多大距離？ A 解：未按下時電容C1=0.75pF，再得和C2=1.00pF，得Δd=0.15mm。 P ＋ － 【例6】一平行板電容器充電后與電源斷開，負極板接地，在兩極板間有一正電荷（電量很?。┕潭ㄔ赑點，如圖所示，以E表示兩極板間的場強，U表示電容器的電壓，W表示正電荷在P點

9、的電勢能。若負極板不動，將正極板移到圖中虛線所示的位置（AC） 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 5. 電容器與恒定電流相聯(lián)系 在直流電路中，電容器的充電過程非常短暫，除充電瞬間以外，電容器都可以視為斷路。應該理解的是：電容器與哪部分電路并聯(lián)，電容器兩端的電壓就必然與那部分電路兩端電壓相等。 【例7】　如圖電路中，，，忽略電源電阻，下列說法正確的是（　） E C2 R2 R1 K C1 ①開關(guān)K處于斷開狀態(tài)，電容的電量大于的電量；②開關(guān)處于斷開狀態(tài)，電容的電量大于的電量；③開關(guān)處于接通狀態(tài)，電

10、容的電量大于的電量；④開關(guān)處于接通狀態(tài)，電容的電量大于的電量。 A.①　 B.④　 C.①③ 　D.②④ 解析：開關(guān)斷開時，電容、兩端電壓相等，均為E，因為，由知，即，所以①正確；當開關(guān)K接通時，與串聯(lián)，通過R1和R2的電流相等，與并聯(lián)，與并聯(lián)，故的電壓為，的電壓為又，又，，所以即兩電容的電量相等；所以正確選項應為A。 6、電容器力學綜合 E R1 R2C R4 R3C K OC C 【例8】如圖所示，四個定值電阻的阻值相同都為R，開關(guān)K閉合時，有一質(zhì)量為m帶電量為q的小球靜止于平行板電容器板間的中點O。現(xiàn)在把開關(guān)K斷開，此小球向一個極板運動，并

11、與此極板相碰，碰撞時無機械能損失，碰撞后小球恰能運動到另一極板處，設兩極板間的距離為d，電源內(nèi)阻不計，試計算：⑴電源電動勢ε。⑵小球和電容器一個極板碰撞后所帶的電量。 解析：⑴開關(guān)閉合時，電容器兩極板間電場方向豎直向上，由小球在O點處靜止可知，小球帶正電。設兩極板間電壓為U，則，即；由于無電流，電容器兩極板間電壓U等于電阻的端電壓，則，所以。 ⑵開關(guān)斷開后，兩極板間電壓為，，設此時兩極板間場強為，；因小球所受的向上的電場力小于重力，小球向下加速運動與下極板碰撞，碰后小球上升至上極板時速度恰好為零。設小球與下極板碰撞后的電量變?yōu)椋瑢π∏驈倪\動過程應用動能定理有，所以。 三、針對訓練

12、 1.如圖所示，虛線a、b和c 是某靜電場中的三個等勢面，它們的電勢分別為φa、φb和φc，φa＞φb＞φc，一帶正電的粒子射入電場中，其運動軌跡如實線KLMN所示，由圖可知 A.粒子從K到L的過程中，電場力做負功 B.粒子從L到M的過程中，電場力做負功 C.粒子從K到L的過程中，靜電勢能增加 D.粒子從L到M的過程中，動能減小 2.離子發(fā)動機飛船，其原理是用電壓U加速一價惰性氣體離子，將它高速噴出后，飛船得到加速，在氦、氖、氬、氪、氙中選用了氙，理由是用同樣電壓加速，它噴出時 A.速度大 B.動量大 C.動能大 D.質(zhì)量大 3.a、b、c三個α

13、粒子由同一點垂直場強方向進入偏轉(zhuǎn)電場，其軌跡如圖所示，其中b恰好飛出電場，由此可以肯定 ①在b飛離電場的同時，a剛好打在負極板上 ②b和c同時飛離電場 ③進入電場時，c的速度最大，a的速度最小 ④動能的增量相比，c的最小，a和b的一樣大 A.① B.①② C.③④ D.①③④ 4.在圖所示的實驗裝置中，充電后的平行板電容器的A極板與靈敏的靜電計相接，極板B接地.若極板B稍向上移動一點，由觀察到靜電計指針的變化，作出電容器電容變小的依據(jù)是 A.兩極間的電壓不變，極板上電荷量變小 B.兩極間的電壓不變，極板上電荷量變大 C.極板上的電荷量幾乎不變，兩極間的

14、電壓變小 D.極板上的電荷量幾乎不變，兩極間的電壓變大 5.如圖所示，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運動，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，射入方向跟極板平行，整個裝置處在真空中，重力可忽略，在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角θ變大的是 A.U1變大、U2變大 B.U1變小、U2變大 C.U1變大、U2變小 D.U1變小、U2變小 6密立根油滴實驗進一步證實了電子的存在，揭示了電荷的非連續(xù)性.如圖所示是密立根實驗的原理示意圖，設小油滴質(zhì)量為m，調(diào)節(jié)兩板間電勢差為U，當小油滴懸浮不動時，測出兩板間距離為d.可求出小油滴的

15、電荷量q=_______. 7.水平放置的平行板電容器的電容為C，板間距離為d，極板足夠長，當其帶電荷量為Q時，沿兩板中央水平射入的帶電荷量為q的微粒恰好做勻速直線運動.若使電容器電荷量增大一倍，則該帶電微粒落到某一極板上所需的時間_______. 8.來自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)一加速電壓為800 kV的直線加速器加速，形成電流強度為1 mA的細柱形質(zhì)子流，已知質(zhì)子電荷量e=1.60×10-19 C，這束質(zhì)子流每秒打在靶上的質(zhì)子數(shù)為______，假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是均勻的，在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距l(xiāng)和4l的兩處，各取一段極短的相等長度的質(zhì)子流，其中的質(zhì)子數(shù)分別為n1和n2，則n1/n2=______. 參考答案 1AC 2.B 3.D 4D 5.B 6 7 8.6.25×1015個，2/1，n=I/e=6.25×1015個，設質(zhì)子在與質(zhì)子源相距l(xiāng)和4l的兩處的速度分別為v1、v2，則v1/v2==1/2，極短的相等長度質(zhì)子流中質(zhì)子數(shù)之比為