第6章第三節(jié)《電容器與電容_帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》

1、第三節(jié)電容器與電容第三節(jié)電容器與電容 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)知識(shí)回顧知識(shí)回顧一、電容器、電容一、電容器、電容1電容器電容器(1)組成：由兩個(gè)彼此組成：由兩個(gè)彼此_又相互又相互_的導(dǎo)體的導(dǎo)體組成組成(2)帶電量：一個(gè)極板所帶電量的帶電量：一個(gè)極板所帶電量的_(3)電容器的充、放電電容器的充、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板帶上等量的_，電容器中儲(chǔ)存，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，放放電：使充電后的電容器失去電荷的過(guò)程，放電過(guò)程中電過(guò)程中_轉(zhuǎn)化為其他形式的能轉(zhuǎn)化為其他形式的能絕緣絕緣靠近靠

2、近絕對(duì)值絕對(duì)值異種電荷異種電荷電場(chǎng)能電場(chǎng)能電場(chǎng)能電場(chǎng)能2電容電容(1)定義式：定義式： _(2)單位：法拉單位：法拉(F)，1 F_F1012pF3平行板電容器平行板電容器(1)影響因素：平行板電容器的電容與影響因素：平行板電容器的電容與_成正比，與介質(zhì)的成正比，與介質(zhì)的_成正比，與兩極成正比，與兩極板間板間_成反比成反比106正對(duì)面積正對(duì)面積介電常數(shù)介電常數(shù)距離距離(2)決定式：決定式：C ，k為靜電力常量為靜電力常量保持兩極板與電源相連，則電容器兩極板間保持兩極板與電源相連，則電容器兩極板間_不變不變充電后斷開(kāi)電源，則電容器所帶的充電后斷開(kāi)電源，則電容器所帶的_不變不變特別提示：特別提示：

3、(1)電容器的電容大小是由本身的特電容器的電容大小是由本身的特性決定的，與極板間電壓以及電容器帶電多少、性決定的，與極板間電壓以及電容器帶電多少、帶不帶電荷無(wú)關(guān)帶不帶電荷無(wú)關(guān)(2)電容器充、放電時(shí)，電流的方向可以由正電電容器充、放電時(shí)，電流的方向可以由正電荷定向移動(dòng)的方向來(lái)確定荷定向移動(dòng)的方向來(lái)確定電壓電壓電荷量電荷量二、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速(1)處理方法：利用動(dòng)能定理：處理方法：利用動(dòng)能定理：qU(2)適用范圍：適用范圍：_2帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng)帶電粒子以

4、垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng)后，做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，軌跡為拋物線(xiàn)后，做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，軌跡為拋物線(xiàn)垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向做垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向做_運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)：vxv0，xv0t.任何電場(chǎng)任何電場(chǎng)勻速直線(xiàn)勻速直線(xiàn)平行于場(chǎng)強(qiáng)方向做初速度為零的平行于場(chǎng)強(qiáng)方向做初速度為零的_運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)：勻加速直線(xiàn)勻加速直線(xiàn)三、示波管三、示波管1示波管裝置示波管裝置示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空如圖所示抽成真空如圖所示2工作原理工作原理示波器是可以用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化情況示波器是可以用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化情況的一種電子儀器如果在偏轉(zhuǎn)電極的一種電子儀器如果在偏轉(zhuǎn)電極XX上加橫

5、上加橫向掃描電壓，同時(shí)加在偏轉(zhuǎn)電極向掃描電壓，同時(shí)加在偏轉(zhuǎn)電極YY上所要研究上所要研究的信號(hào)電壓，電子束隨信號(hào)電壓的變化在縱向的信號(hào)電壓，電子束隨信號(hào)電壓的變化在縱向做豎直方向的掃描，其周期與偏轉(zhuǎn)電極做豎直方向的掃描，其周期與偏轉(zhuǎn)電極XX的的掃描電壓的周期相同，在熒光屏上就顯示出信掃描電壓的周期相同，在熒光屏上就顯示出信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的圖線(xiàn)號(hào)電壓隨時(shí)間變化的圖線(xiàn)例題例題1 如圖甲為示波管的原理圖如果在電極如圖甲為示波管的原理圖如果在電極YY之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，在電極在電極XX之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律變化，

6、則在熒光屏上會(huì)看到的圖形是圖丁中的變化，則在熒光屏上會(huì)看到的圖形是圖丁中的()甲甲丙丙乙乙ADCB課堂講練課堂講練即時(shí)訓(xùn)練即時(shí)訓(xùn)練1.(2010北京理綜北京理綜)用控制變量法，可以研究影響平用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素行板電容器電容的因素(如圖如圖)設(shè)兩極板正對(duì)面設(shè)兩極板正對(duì)面積為積為S，極板間的距離為，極板間的距離為d，靜電計(jì)指針偏角為，靜電計(jì)指針偏角為.實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若()A保持保持S不變，增大不變，增大d，則，則變大變大B保持保持S不變，增大不變，增大d，則，則變小變小C保持保持d不變，減小不變，減小S，則，則變小變小D保持

7、保持d不變，減小不變，減小S，則，則不變不變結(jié)論：結(jié)論：不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，它們?cè)陔妶?chǎng)中的加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，它們?cè)陔妶?chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)距離總是相同的偏轉(zhuǎn)角度和偏轉(zhuǎn)距離總是相同的A偏轉(zhuǎn)角度相同偏轉(zhuǎn)角度相同B偏轉(zhuǎn)距離相同偏轉(zhuǎn)距離相同C運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同 D動(dòng)能相同動(dòng)能相同三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是否考慮重力帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是否考慮重力(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、離子等粒子、離子等除有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮除有說(shuō)明

8、或明確的暗示以外，一般都不考慮重力重力(但并不忽略質(zhì)量但并不忽略質(zhì)量)(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說(shuō)明或有明確的暗示以外，一般都不能除有說(shuō)明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力忽略重力例題例題1、如圖所示，水平放置的平行金屬板間有、如圖所示，水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場(chǎng)一根長(zhǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)一根長(zhǎng)為l的絕緣細(xì)繩一端固定在的絕緣細(xì)繩一端固定在O點(diǎn)，點(diǎn)，另一端系有質(zhì)量為另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球小并帶有一定電荷的小球小球靜止在球靜止在C點(diǎn)當(dāng)給小球一個(gè)水平速度后，它能點(diǎn)當(dāng)給小球一個(gè)水平速度后，它能在豎直面內(nèi)繞在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速

9、圓周運(yùn)動(dòng)若將兩板間點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)若將兩板間的電壓增大為原來(lái)的的電壓增大為原來(lái)的3倍，倍， 求：要使小球從求：要使小球從C點(diǎn)開(kāi)始在點(diǎn)開(kāi)始在豎直面內(nèi)繞豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，至少要給小球多大的水平速至少要給小球多大的水平速度？度？ 在這種情況下，在小球運(yùn)在這種情況下，在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)繩所受的最大拉動(dòng)過(guò)程中細(xì)繩所受的最大拉力是多大？力是多大？解析：解析：設(shè)原來(lái)的電場(chǎng)強(qiáng)度為設(shè)原來(lái)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，小球帶電量，小球帶電量q.由題意可由題意可知：知：qEmg，兩者方向相反，當(dāng)板間電壓變?yōu)樵瓉?lái)的，兩者方向相反，當(dāng)板間電壓變?yōu)樵瓉?lái)的3倍時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的倍時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的3倍則電場(chǎng)力與重力

10、的合力倍則電場(chǎng)力與重力的合力F合合3qEmg2mg，方向向上即等效重力的大小為，方向向上即等效重力的大小為2mg，C點(diǎn)為等效最高點(diǎn)要使小球恰好能在豎直平面點(diǎn)為等效最高點(diǎn)要使小球恰好能在豎直平面做圓周運(yùn)動(dòng)，必須有：做圓周運(yùn)動(dòng)，必須有：F向向2mgmv2/l 例題例題1 (2010重慶理綜重慶理綜)某電容式話(huà)筒的原某電容式話(huà)筒的原理示意圖如圖所示，理示意圖如圖所示，E為電源，為電源，R為電阻，為電阻，薄片薄片P和和Q為兩金屬極板，對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)，為兩金屬極板，對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)，P振動(dòng)而振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)在可視為不動(dòng)在P、Q間距增大過(guò)間距增大過(guò)程中程中()AP、Q構(gòu)成的電容器的電容增大構(gòu)成的電容器的電

11、容增大BP上電荷量保持不變上電荷量保持不變CM點(diǎn)的電勢(shì)比點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低點(diǎn)的低DM點(diǎn)的電勢(shì)比點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高點(diǎn)的高題型探究題型探究題型一題型一 有關(guān)電容器的動(dòng)態(tài)分析有關(guān)電容器的動(dòng)態(tài)分析 變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi)，一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi)，負(fù)極板接地，在兩極板間有一正電荷負(fù)極板接地，在兩極板間有一正電荷(電荷量很小電荷量很小)固定在固定在P點(diǎn)，如圖所示，以點(diǎn)，如圖所示，以E表示兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)，表示兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)，U表示電容器的電壓，表示電容器的電壓，W表示正電荷在表示正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì)能若負(fù)極板不動(dòng)，將正極板移到圖中虛線(xiàn)所示能若負(fù)極板不動(dòng)，將正極板移到圖

12、中虛線(xiàn)所示的位置的位置()AU變小，變小，E不變不變BE變大，變大，W變大變大CU變小，變小，W不變不變 DU不變，不變，W不變不變2練習(xí)、一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為練習(xí)、一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為d d，極板分，極板分別與電池兩極相連，上極板中心有一小孔（小孔對(duì)電場(chǎng)的影別與電池兩極相連，上極板中心有一小孔（小孔對(duì)電場(chǎng)的影響可忽略不計(jì)）。小孔正上方響可忽略不計(jì)）。小孔正上方 處的處的P P點(diǎn)有一帶電粒子，該粒點(diǎn)有一帶電粒子，該粒子從靜止開(kāi)始下落，經(jīng)過(guò)小孔進(jìn)入電容器，并在下極板處子從靜止開(kāi)始下落，經(jīng)過(guò)小孔進(jìn)入電容器，并在下極板處（未與極板接觸）返回。若將下極板向上平移（未

13、與極板接觸）返回。若將下極板向上平移 ，則從，則從P P點(diǎn)開(kāi)點(diǎn)開(kāi)始下落的相同粒子將始下落的相同粒子將A A打到下極板上打到下極板上 B B在下極板處返回在下極板處返回C C在距上極板在距上極板 處返回處返回 D D在距上極板在距上極板 處返回處返回2d3d2d52d練習(xí)、如圖所示，一質(zhì)量為練習(xí)、如圖所示，一質(zhì)量為m m、電荷量為、電荷量為q q的小的小球在電場(chǎng)強(qiáng)度為球在電場(chǎng)強(qiáng)度為E E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，以初速度的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，以初速度沿沿直線(xiàn)直線(xiàn)ONON向上做勻變速運(yùn)動(dòng)，直線(xiàn)向上做勻變速運(yùn)動(dòng)，直線(xiàn)ONON與水平面的與水平面的夾角為夾角為3030若小球在初始位置的電勢(shì)能為零，若小球在初始位置的電勢(shì)能為

14、零，重力加速度為重力加速度為g g，且，且mg= =Eq，則（，則（ ）A A小球運(yùn)動(dòng)的加速度大小為小球運(yùn)動(dòng)的加速度大小為g gB B小球最大位移的大小為小球最大位移的大小為 C C小球運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為小球運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為 D D小球電勢(shì)能的最大值為小球電勢(shì)能的最大值為 gv22gv242mv 例題例題1 如圖所示，在傾角如圖所示，在傾角37的絕緣斜面的絕緣斜面所在空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)所在空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)E4.0103 N/C，在斜面底端有一與斜面垂直的絕，在斜面底端有一與斜面垂直的絕緣彈性擋板質(zhì)量緣彈性擋板質(zhì)量m0.20 kg的帶電滑塊從斜面的帶電滑塊從斜面頂

15、端由靜止開(kāi)始滑下，滑到斜面底端與擋板相碰頂端由靜止開(kāi)始滑下，滑到斜面底端與擋板相碰后以碰前的速率返回已知斜面的高度后以碰前的速率返回已知斜面的高度h0.24 m，滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.30，滑塊帶電荷，滑塊帶電荷q0.50104 C取重力加速度取重力加速度g10 m/s2，sin370.60，cos37 0.80.求：求：題型二題型二 帶電體在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電體在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)滑塊從斜面最高點(diǎn)滑到斜面底端時(shí)的速度大小滑塊從斜面最高點(diǎn)滑到斜面底端時(shí)的速度大小(2)滑塊被擋板彈回能夠沿斜面上升的最大高度滑塊被擋板彈回能夠沿斜面上升的最大高度(3)滑塊從開(kāi)始

16、運(yùn)動(dòng)到最后停下來(lái)的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生滑塊從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到最后停下來(lái)的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量的熱量Q.(計(jì)算結(jié)果保留計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字位有效數(shù)字)(3)滑塊最終將靜止在斜面底端，因此重力勢(shì)滑塊最終將靜止在斜面底端，因此重力勢(shì)能和電勢(shì)能的減少量等于克服摩擦力做的功，能和電勢(shì)能的減少量等于克服摩擦力做的功，即等于產(chǎn)生的熱能，即等于產(chǎn)生的熱能，Q(mgqE)h0.96 J.練習(xí)、練習(xí)、如圖所示，兩塊平行金屬板如圖所示，兩塊平行金屬板M、N豎直豎直放置，兩板間的電勢(shì)差放置，兩板間的電勢(shì)差U1.5103 V，現(xiàn)將，現(xiàn)將一質(zhì)量一質(zhì)量m1102 kg、電荷量、電荷量q4105 C的帶電小球從兩板上方的的帶電小球從

17、兩板上方的A點(diǎn)以點(diǎn)以v04 m/s的初的初速度水平拋出，且小球恰好從靠近速度水平拋出，且小球恰好從靠近M板上端處板上端處進(jìn)入兩板間，沿直線(xiàn)進(jìn)入兩板間，沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)碰到運(yùn)動(dòng)碰到N板上的板上的B點(diǎn)點(diǎn)已知已知A點(diǎn)距兩板上端的點(diǎn)距兩板上端的高度高度h0.2 m，不計(jì)空，不計(jì)空氣阻力，取氣阻力，取g10 m/s2.求：求：(1)M、N兩板間的距離兩板間的距離d；(2)小球到達(dá)小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能答案：答案：(1)0.3 m(2)0.175 J題型三題型三 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)例題例題1 如圖所示，真空室中速度如圖所示，真空室中速度v01.6107 m/s的電子束，連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線(xiàn)的電子束，連續(xù)地沿兩水平金屬板中心線(xiàn)OO射射入，已知極板長(zhǎng)入，已知極板長(zhǎng)l4 cm，板間距離，板間距離d1 cm，板，板右端距離熒光屏右端距離熒光屏PQ為為L(zhǎng)18 cm.練習(xí)、練習(xí)、真空中足夠大的兩個(gè)相互平行的金屬