高考物理一輪復(fù)習(xí) 7.3帶電粒子在電場中運動同步課件.ppt

第3講帶電粒子在電場中運動 一 電容器及電容1 電容器 1 組成 兩個彼此又的導(dǎo)體組成電容器 電容器可以容納 2 帶電荷量 一個極板所帶電荷量的 兩極板所帶電荷量 絕緣 相距很近 電荷 絕對值 相等 3 充 放電 充電 把電容器接在電源上后 電容器兩個極板分別帶上等量異號電荷的過程 充電后兩極板間存在 電容器儲存了 放電 用導(dǎo)線將充電后的電容器的兩極板接通 兩極板上電荷的過程 放電后的兩極板間不再有 同時電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 電場 電能 中和 電場 2 電容 1 定義 電容器所帶的跟它的兩極板間的的比值 2 公式 c 3 物理意義 電容是表示電容器電荷本領(lǐng)的物理量 4 單位 符號 與其他單位間的換算關(guān)系為 1f f pf 電荷量 電勢差 容納 法拉 106 1012 f 3 平行板電容器 1 影響因素 平行板電容器的電容與兩極板的成正比 與電介質(zhì)的相對成正比 與成反比 2 決定式 c k為靜電力常量 正對面積 介電常數(shù) 兩極板間 距離 平行板電容器的電容大小由本身的特性決定 與所帶電荷量多少 帶不帶電荷以及兩端的電壓無關(guān) 不要根據(jù)c 誤認(rèn)為c q c 二 帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)1 帶電粒子在電場中的加速 1 運動狀態(tài)的分析 帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場 受到的電場力與運動方向在同一條直線上 做 2 用功能觀點分析 電場力對帶電粒子做的功等于 即 mv2 mv02 加 減 速直線運動 帶電粒 子動能的增量 qu 2 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) 1 運動狀態(tài)分析 帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強(qiáng)電場時 受到恒定的與初速度方向的電場力作用而做運動 2 處理方法 類似于平拋運動的處理 應(yīng)用運動的合成與分解的方法 沿初速度方向做運動 運動時間 t l v0 沿電場力方向做運動 垂直 勻變速曲線 勻速直線 勻加速直線 加速度為 a 離開電場時的偏移量 y at2 離開電場時的偏轉(zhuǎn)角tan 三 示波管的原理1 構(gòu)造 如圖6 3 1所示 基礎(chǔ) 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 2 工作原理 1 如果在偏轉(zhuǎn)電極xx 和yy 之間都沒有加電壓 則電子槍射出的電子沿直線傳播 打在熒光屏 在那里產(chǎn)生一個亮斑 2 yy 上加的是待顯示的 xx 上是機(jī)器自身的鋸齒形電壓 叫做電壓 若所加掃描電壓和信號電壓的周期相同 就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)變化的圖象 中心 信號電壓 掃描 1 先確定是q還是u不變 電容器保持與電源連接 u不變 電容器充電后斷開電源 q不變 2 據(jù)平行板電容器c 來確定電容的變化 3 由c 的關(guān)系判斷q u的變化 4 動態(tài)分析如下表 在分析平行板電容器的動態(tài)問題時 一定要分清是電壓不變還是電荷量不變 1 如圖6 3 2所示是一個由電池 電阻r與平行板電容器組成的串聯(lián)電路 在增大電容器兩極板間距離的過程中 a 電阻r中沒有電流b 電容器的電容變小c 電阻r中有從a流向b的電流d 電阻r中有從b流向a的電流 圖6 3 2 解析 由圖知uab不變 當(dāng)增大板間距離時 由c 知d增大 c減小 所以q減小 故r中電流由a b 所以b c兩項正確 答案 bc 1 研究對象 1 基本粒子 如電子 質(zhì)子 粒子 離子等 除有說明或有明確的暗示以外 一般都不考慮重力 但并不忽略質(zhì)量 2 帶電顆粒 如液滴 油滴 塵埃 小球等 除有說明或有明確的暗示以外 一般都不能忽略重力 2 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題分析 1 粒子的偏轉(zhuǎn)角問題 已知電荷情況及初速度 如圖6 3 3所示 設(shè)帶電粒子質(zhì)量為m 帶電荷量為q 以速度v0垂直于電場線方向射入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場 偏轉(zhuǎn)電壓為u1 若粒子飛出電場時偏轉(zhuǎn)角為 則tan 式中vy at vx v0 代入得tan 結(jié)論 動能一定時tan 與q成正比 電荷量相同時tan 與動能成反比 圖6 3 3 已知加速電壓u0若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)過同一加速電壓u0加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的 則由動能定理有 qu0 mv02 由 式得 tan 結(jié)論 粒子的偏轉(zhuǎn)角與粒子的q m無關(guān) 僅取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 即不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場 它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角度總是相同的 2 粒子的偏轉(zhuǎn)量問題 y 作粒子速度的反向延長線 設(shè)交于o點 o點與電場邊緣的距離為x 則x 結(jié)論 粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時 就像是從極板間的l 2處沿直線射出 若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)同一加速電壓u0加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的 則由 和 得 y 結(jié)論 粒子的偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)距離與粒子的q m無關(guān) 僅取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 即不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場 它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)距離總是相同的 偏轉(zhuǎn)角是指入射速度與出射速度間的夾角 不是位移與入射速度的夾角 2 如圖6 3 4所示 在a板附近有一電子由靜止開始向b板運動 則關(guān)于電子到達(dá)b板時的速率 下列解釋正確的是 a 兩板間距越大 運動時間就越長 則獲得的速率越大b 兩板間距越小 加速度就越大 則獲得的速率越大c 與兩板間的距離無關(guān) 僅與加速電壓u有關(guān)d 以上解釋都不正確 圖6 3 4 解析 帶電粒子的末速度取決于電場力對粒子做功的情況 由w qu mv2知 電場力做的功由兩板間電勢差決定 而與板間距無關(guān) 故c正確 答案 c 2009 福建高考 如圖6 3 5所示 平行板電容器與電動勢為e的直流電源 內(nèi)阻不計 連接 下極板接地 一帶電油滴位于電容器中的p點且恰好處于平衡狀態(tài) 現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離 圖6 3 5 a 帶電油滴將沿豎直方向向上運動b p點的電勢將降低c 帶電油滴的電勢能將減小d 若電容器的電容減小 則極板帶電荷量將增大 思路點撥 解答本題時應(yīng)注意以下幾個方面 1 電容器始終與電源連接 2 下極板接地 電勢為零 3 板間距變化引起板間電場強(qiáng)度變化 課堂筆記 上極板向上移動一小段距離后 板間電壓不變 仍為e 故電場強(qiáng)度將減小 油滴所受電場力減小 故油滴將向下運動 a錯 p點的電勢大于0 且p點與下極板間的電勢差減小 所以p點的電勢減小 b對 兩極板間電場方向豎直向下 所以p點的油滴應(yīng)帶負(fù)電 當(dāng)p點電勢減小時 油滴的電勢能應(yīng)增加 c錯 電容器的電容c 由于d增大 電容c應(yīng)減小 極板帶電荷量q ce將減小 d錯 答案 b 先分清題目的類型 電壓不變還是電荷量不變 再由e q cu和c 討論有關(guān)問題 是這類問題的常用解題思路 如圖6 3 6所示 水平放置的a b兩平行板相距h 上板a帶正電 現(xiàn)有質(zhì)量為m 電荷量為 q的小球在b板下方距離為h處 以初速度v0豎直向上從b板小孔進(jìn)入板間電場 欲使小球剛好打到a板 a b間電勢差uab應(yīng)為多大 圖6 3 6 思路點撥 小球先在重力作用下做勻減速直線運動 后在重力和電場力共同作用下做勻減速直線運動 課堂筆記 法一 小球運動分兩個過程 在b板下方時僅受重力作用 做豎直上拋運動 進(jìn)入電場后受向下的電場力和重力作用 做勻減速直線運動 設(shè)小球運動到b板時速度為vb 對第一個運動過程 vb2 v02 2gh 對第二個運動過程 加速度為a 按題意 h為減速運動的最大位移 故有h 整理得 vb2 2gh 聯(lián)立 兩式解得he 由平行板電容器內(nèi)部勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)和電勢差的關(guān)系 易知uab he 故有uab 法二 對小球的整個運動過程由動能定理得 mg h h quab mv02解得 uab 答案 對于帶電粒子在電場中的勻變速直線運動問題可選用以下三種方法處理 1 能量方法 能量守恒定律 2 功能關(guān)系 動能定理 3 動力學(xué)方法 牛頓運動定律和運動學(xué)公式相結(jié)合 15分 如圖6 3 7所示 真空室中速度v0 1 6 107m s的電子束 連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線oo 射入 已知極板長l 4cm 板間距離d 1cm 板右端距離熒光屏pq為l 18cm 電子電荷量q 1 6 10 19c 質(zhì)量m 0 91 10 30kg 若在電極ab上加u 220sin100 tv的交變電壓 在熒光屏的豎直坐標(biāo)軸y上能觀測到多長的線段 設(shè)極板間的電場是均勻的 兩板外無電場 熒光屏足夠大 圖6 3 7 思路點撥 由于電子經(jīng)過板間的時間極短 遠(yuǎn)小于交變電壓的周期 因此 在電子經(jīng)過板間的過程中 可認(rèn)為板間電壓不變 因此電子在板間的運動可認(rèn)為是類平拋運動 但不同電壓值對應(yīng)電子不同的偏移量 沿金屬板邊緣射出的電子對應(yīng)屏上線段的最上端和最下端 解題樣板 電子經(jīng)過偏移電場的時間為t 2 5 10 9s 2分 而交變電壓的周期t s 0 02s 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于t 故可以認(rèn)為進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的電子均在當(dāng)時所加電壓形成的勻強(qiáng)電場中運動 2分 圖6 3 8 縱向位移 at2 a 2分 所以電子能夠打在熒光屏上的最大偏轉(zhuǎn)電壓um 91v 2分 當(dāng)um 91v時 e at2 2分 因為vy 4 106m s tan 0 25 2分 偏轉(zhuǎn)量y l tan 5cm 2分 所以y軸上能觀測到的線段長度為2y 10cm 1分 答案 10cm 1 此題屬于帶電粒子在交變電場中的運動問題 但因粒子在電場中運動時間極短 粒子在電場中運動的過程中可認(rèn)為電場是不變的 2 打在屏上最上端和最下端的電子是否是沿金屬板邊緣飛出的電子應(yīng)當(dāng)通過計算做出判斷 1 根據(jù)電容器電容的定義式c 可知 a 電容器所帶的電荷量q越多 它的電容就越大 c與q成正比b 電容器不帶電時 其電容為零c 電容器兩極板之間的電壓u越高 它的電容就越小 c與u成反比d 以上答案均不對 解析 電容器的電容和它所帶的電荷量無關(guān) 和板間的電壓無關(guān) 只由電容器本身的結(jié)構(gòu)來決定 因此a b c都不正確 故選d 答案 d 2 如圖6 3 9所示 一帶電液滴在重力和勻強(qiáng)電場對它的作用力的作用下 從靜止開始由b點沿直線運動到d點 且bd與豎直方向所夾的銳角為45 則下列結(jié)論正確的是 a 此液滴帶負(fù)電b 此液滴做勻加速直線運動c 合外力對此液滴做的總功等于零d 此液滴的電勢能減少 圖6 3 9 解析 帶電液滴在重力和電場力的合力作用下 從靜止開始由b點沿直線運動到d點 說明合力方向沿直線斜向下 而重力的方向豎直向下 所以液滴受到的電場力方向與電場線方向相反 故此液滴帶負(fù)電 選項a正確 合力不為零 則選項b正確 選項c錯誤 電場力對此液滴做正功 此液滴的電勢能減少 選項d正確 答案 abd 3 兩平行金屬板相距為d 電勢差為u 一電子質(zhì)量為m 電荷量為e 從o點沿垂直于極板的方向射出 最遠(yuǎn)到達(dá)a點 然后返回 如圖6 3 10所示 oa h 此電子具有的初動能是 a b eduhc d 圖6 3 10 解析 由動能定理得 eh ek 所以ek 答案 d 4 2011 濟(jì)南模擬 如圖6 3 11所示 質(zhì)子 h 和 粒子 he 以相同的初動能垂直射入偏轉(zhuǎn)電場 粒子不計重力 則這兩個粒子射出電場時的側(cè)位移y之比為 a 1 1b 1 2c 2 1d 1 4 11 42 圖6 3 11 解析 由y 和ek0 mv02 得 y 可知 y與q成正比 b正確 答案 b 5 如圖6 3 12所示 abcd是一個正方形盒子 cd邊的中點有一個小孔e 盒子中有沿ad方向的勻強(qiáng)電場 一個質(zhì)量為m