高考物理一輪復(fù)習(xí) 第6章 靜電場(chǎng) 基礎(chǔ)課時(shí)18 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件.ppt

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基礎(chǔ)課時(shí)18 電容器 帶電粒子在電 場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),[知識(shí)梳理],知識(shí)點(diǎn)一、常見(jiàn)電容器 電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系 1.常見(jiàn)電容器 (1)組成：由兩個(gè)彼此_____又相互_____的導(dǎo)體組成。 (2)帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量的_______。 (3)電容器的充、放電 充電：使電容器帶電的過(guò)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(guò)程，放電過(guò)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(chǎng)能,電場(chǎng)能,2.電容 (1)定義：電容器所帶的_______Q與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值。 (2)定義式：C＝___。 (3)物理意義：表示電容器_________本領(lǐng)大小的物理量。 (4)單位：法拉(F) 1 F＝___ μF＝1012 pF,電荷量,容納電荷,106,3.平行板電容器 (1)影響因素：平行板電容器的電容與________________成正比，與電介質(zhì)的_____________成正比，與極板間距離成反比。,知識(shí)點(diǎn)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),極板的正對(duì)面積,相對(duì)介電常數(shù),[思考] 不同的帶電粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)加速后再?gòu)耐黄D(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系怎樣？說(shuō)出理由？,知識(shí)點(diǎn)三、示波管 1.構(gòu)造及功能(如圖1所示),圖1 (1)電子槍：發(fā)射并加速電子。 (2)偏轉(zhuǎn)電極YY′：使電子束豎直偏轉(zhuǎn)(加信號(hào)電壓)；偏轉(zhuǎn)電極XX′：使電子束水平偏轉(zhuǎn)(加掃描電壓)。,2.工作原理 偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′不加電壓，電子打到屏幕中心；若只在XX′之間加電壓，電子只在X方向偏轉(zhuǎn)；若只在YY′之間加電壓，電子只在Y方向偏轉(zhuǎn)；若XX′加掃描電壓，YY′加信號(hào)電壓，屏上會(huì)出現(xiàn)隨信號(hào)而變化的圖象。 [思考] 證明粒子經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，合速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線的交點(diǎn)為粒子水平位移的中點(diǎn)。,[診斷自測(cè)],1.(多選)有一只電容器的規(guī)格是“1.5 μF，9 V”，那么( ) A.這只電容器上的電荷量不能超過(guò)1.5×10－5 C B.這只電容器上的電荷量不能超過(guò)1.35×10－5 C C.這只電容器的額定電壓為9 V D.這只電容器的擊穿電壓為9 V 解析 9 V為電容器的額定電壓(或工作電壓)，正常工作時(shí)的帶電荷量Q＝CU＝1.5×10－6×9 C＝1.35×10－5 C，選項(xiàng)B、C正確。 答案 BC,2.如圖2所示，平行板電容器與電源相接，充電后切斷電源，然后將電介質(zhì)插入電容器極板間，則兩板間的電勢(shì)差U及板間場(chǎng)強(qiáng)E的變化情況為( ),圖2 A.U變大，E變大 B.U變小，E變小 C.U不變，E不變 D.U變小，E不變,答案 B,3.(多選)(2015·江蘇單科，7)一帶正電的小球向右水平拋入范圍足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向左。不計(jì)空氣阻力，則小球( ),圖3 A.做直線運(yùn)動(dòng) B.做曲線運(yùn)動(dòng) C.速率先減小后增大 D.速率先增大后減小,解析 對(duì)小球受力分析，小球受重力、電場(chǎng)力作用，合外力的方向與初速度的方向夾角為鈍角，故小球做曲線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤，B正確；在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中合外力方向與速度方向間的夾角先為鈍角后為銳角，故合外力對(duì)小球先做負(fù)功后做正功，所以速率先減小后增大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 答案 BC,4.(多選)(2016·廣州市綜合測(cè)試)如圖4所示的陰極射線管，無(wú)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，電子束加速后打到熒屏中央形成亮斑。如果只逐漸增大M1M2之間的電勢(shì)差，則( ),圖4 A.在熒屏上的亮斑向上移動(dòng) B.在熒屏上的亮斑向下移動(dòng) C.偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)對(duì)電子做的功增大 D.偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度減小,解析 電子束在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，沿垂直電場(chǎng)方向做勻速運(yùn)動(dòng)，故在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間不變。電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中受向上的電場(chǎng)力，故向上偏轉(zhuǎn)，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；沿電場(chǎng)方向上，電子束做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，兩板間電壓增大，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤；電子所受電場(chǎng)力增大，因此加速度增大，由位移公式可知，電子在電場(chǎng)中側(cè)移量增大，由功的定義式可知，電場(chǎng)力做功增大，C項(xiàng)正確。 答案 AC,圖5,【例1】 (2015·江西南昌二模)如圖6所示，平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連接，下極板接地。一帶電油滴位于兩板中央的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向下移動(dòng)一小段距離，則( ),圖6 A.帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng) B.帶電油滴將沿豎直方向向下運(yùn)動(dòng) C.P點(diǎn)的電勢(shì)將降低 D.電容器的電容減小，電容器的帶電量將減小,答案 A,【拓展延伸】 (1)在【例1】中，試分析帶電油滴運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電勢(shì)能和重力勢(shì)能之和如何變化。 (2)在【例1】中，若電容器充電穩(wěn)定后，斷開(kāi)電源，試分析當(dāng)電容器下極板豎直向上移動(dòng)一小段距離后，帶電油滴將如何運(yùn)動(dòng)，其電勢(shì)能如何變化。 解析 (1)帶電油滴沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，只有電場(chǎng)力和重力做功，油滴的動(dòng)能、重力勢(shì)能和電勢(shì)能的總和不變，油滴的動(dòng)能增大，故電勢(shì)能和重力勢(shì)能之和減小。,答案 (1)見(jiàn)解析 (2)見(jiàn)解析,方法總結(jié) 兩類典型的動(dòng)態(tài)變化分析,【變式訓(xùn)練】 1.(2015·合肥質(zhì)檢)如圖7所示，M、N是兩塊水平放置的平行金屬板，R0為定值電阻，R1、R2為可變電阻，開(kāi)關(guān)S閉合。質(zhì)量為m的帶正電的微粒從P點(diǎn)以水平速度v0射入金屬板間，沿曲線打在N板上的O點(diǎn)，若經(jīng)下列調(diào)整后，微粒仍從P點(diǎn)以水平速度v0射入，則關(guān)于微粒打在N板上的位置說(shuō)法正確的是( ),圖7,A.保持開(kāi)關(guān)S閉合，增大R1，微粒打在O點(diǎn)左側(cè) B.保持開(kāi)關(guān)S閉合，增大R2，微粒打在O點(diǎn)左側(cè) C.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，M極板稍微上移，微粒打在O點(diǎn)右側(cè) D.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，M極板稍微下移，微粒打在O點(diǎn)右側(cè),解析 閉合開(kāi)關(guān)，電路穩(wěn)定后，無(wú)電流通過(guò)電阻R2，故電容器兩極板間電壓與R0兩端電壓相同，故調(diào)整R2大小對(duì)兩板間電場(chǎng)無(wú)影響，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由電路連接情況可知，兩板間電場(chǎng)方向豎直向上，故帶正電微粒所受電場(chǎng)力方向豎直向上，電阻R0與R1串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律可知，增大R1，R0兩端電壓減小，兩極板間電壓減小，粒子所受電場(chǎng)力減小，故微粒所受合外力豎直向下，且增大，,答案 A,【例2】 在真空中水平放置平行板電容器，兩極板間有一個(gè)帶電油滴，電容器兩板間距為d，當(dāng)平行板電容器的電壓為U0時(shí)，油滴保持靜止?fàn)顟B(tài)，如圖8所示。當(dāng)給電容器突然充電使其電壓增加ΔU1時(shí)，油滴開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)；經(jīng)時(shí)間Δt后，電容器突然放電使其電壓減少ΔU2，又經(jīng)過(guò)時(shí)間Δt，油滴恰好回到原來(lái)位置。假設(shè)油滴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有失去電荷，充電和放電的過(guò)程均很短暫，這段時(shí)間內(nèi)油滴的位移可忽略不計(jì)。重力加速度為g。求：,圖8,(1)帶電油滴所帶電荷量與質(zhì)量之比； (2)第一個(gè)Δt與第二個(gè)Δt時(shí)間內(nèi)油滴運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比； (3)ΔU1與ΔU2之比。,規(guī)律方法 1.帶電體重力是否計(jì)入的判斷： (1)微觀粒子(如電子、質(zhì)子、離子等)和無(wú)特別說(shuō)明的帶電粒子，一般都不計(jì)重力(并不是忽略質(zhì)量)； (2)帶電微粒(如油滴、液滴、塵埃、小球等)除有特別說(shuō)明或暗示外，一般要考慮重力； (3)原則上，所有未明確交代的帶電體，都應(yīng)根據(jù)題設(shè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和過(guò)程，反推是否計(jì)重力(即隱含條件)。,2.帶電體在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法,【變式訓(xùn)練】 2.(2016·安徽池州聯(lián)考)如圖9所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)水平向左，帶正電的物體沿絕緣、粗糙水平板向右運(yùn)動(dòng)，經(jīng)A點(diǎn)時(shí)動(dòng)能為100 J，到B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能減少到80 J，減少的動(dòng)能中有12 J轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，則它再經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能大小是( ),圖9 A.4 J B.16 J C.32 J D.64 J,答案 B,【例3】 (多選) (2015·天津理綜，7)如圖10所示，氕核、氘核、氚核三種粒子從同一位置無(wú)初速地飄入電場(chǎng)線水平向右的加速電場(chǎng)E1之后進(jìn)入電場(chǎng)線豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E2發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在屏上。整個(gè)裝置處于真空中，不計(jì)粒子重力及其相互作用，那么( ),圖10,A.偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)E2對(duì)三種粒子做功一樣多 B.三種粒子打到屏上時(shí)的速度一樣大 C.三種粒子運(yùn)動(dòng)到屏上所用時(shí)間相同 D.三種粒子一定打到屏上的同一位置,答案 AD,【變式訓(xùn)練】 3.[帶電粒子的“電偏轉(zhuǎn)”](2014·山東理綜，18)如圖11所示，場(chǎng)強(qiáng)大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一矩形區(qū)域abcd，水平邊ab長(zhǎng)為s，豎直邊ad長(zhǎng)為h。質(zhì)量均為m、帶電量分別為＋q和－q的兩粒子，由a、c兩點(diǎn)先后沿ab和cd方向以速率v0進(jìn)入矩形區(qū)(兩粒子不同時(shí)出現(xiàn)在電場(chǎng)中)。不計(jì)重力，若兩粒子軌跡恰好相切，則v0等于( ),圖11,答案 B,4.[帶電粒子的“電加速”＋“電偏轉(zhuǎn)”](2016·江蘇泰州姜堰區(qū)期中)如圖12所示，離子發(fā)生器發(fā)射一束質(zhì)量為m、電荷量為＋q的離子，從靜止經(jīng)PQ兩板間的加速電壓加速后，以初速度v0從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入一勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，abcd所圍成的正方形是該勻強(qiáng)電場(chǎng)的邊界，已知ab長(zhǎng)為L(zhǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向與ad邊平行且由a指向d。,圖12,(1)求加速電壓U0； (2)若離子恰從c點(diǎn)飛離電場(chǎng)，求a、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uac； (3)若離子從abcd邊界上某點(diǎn)飛出時(shí)的動(dòng)能為mv，求此時(shí)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E。,1.(2015·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ，14)如圖13，兩平行的帶電金屬板水平放置。若在兩板中間a點(diǎn)從靜止釋放一帶電微粒，微粒恰好保持靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)將兩板繞過(guò)a點(diǎn)的軸(垂直于紙面)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，再由a點(diǎn)從靜止釋放一同樣的微粒，該微粒將( ),圖13 A.保持靜止?fàn)顟B(tài) B.向左上方做勻加速運(yùn)動(dòng) C.向正下方做勻加速運(yùn)動(dòng) D.向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng),解析 兩平行金屬板水平放置時(shí)，帶電微粒靜止有mg＝qE，現(xiàn)將兩板繞過(guò)a點(diǎn)的軸(垂直于紙面)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°后，兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，電場(chǎng)力方向也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，但大小不變，此時(shí)電場(chǎng)力和重力的合力大小恒定，方向指向左下方，故該微粒將向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確。 答案 D,圖14 A.3∶2 B.2∶1 C.5∶2 D.3∶1,答案 A,3.(2016·浙江協(xié)作校期中)如圖15所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，平行板電容器兩極板的正對(duì)面積為S，兩極板的間距為d，電容器所帶電荷量為Q，電容為C，靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角為α，平行板中間懸掛了一個(gè)帶電小球，懸線與豎直方向的夾角為θ，下列說(shuō)法正確的是( ),圖15,A.若增大d，則α減小，θ減小 B.若增大Q，則α減小，θ不變 C.將A板向上提一些，α增大，θ增大 D.在兩板間插入云母片，則α減小，θ不變,答案 C,4.如圖16所示，平行板電容器上極板帶正電，從上極板的端點(diǎn)A點(diǎn)釋放一個(gè)帶電荷量為＋Q(Q＞0)的粒子，粒子重力不計(jì)，以水平初速度v0向右射出，當(dāng)它的水平速度與豎直速度的大小之比為1∶2時(shí)，恰好從下端點(diǎn)B射出，則d與L之比為( ),圖16 A.1∶2 B.2∶1 C.1∶1 D.1∶3,答案 C,5.(2015·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ，24)如圖17所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q(q＞0)的粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，A、B為其運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)。已知該粒子在A點(diǎn)的速度大小為v0，方向與電場(chǎng)方向的夾角為60°；它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度方向與電場(chǎng)方向的夾角為30°。不計(jì)重力。求A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差。,圖17,小結(jié)巧記 1個(gè)概念——電容 2類問(wèn)題——平行板電容器兩類動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題 2種運(yùn)動(dòng)——帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 2種觀點(diǎn)——運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和功能觀點(diǎn),