電容器與電容 帶電粒子在電場中的運動(共張PPT)

第3講電容器與電容帶電粒子在電場中的運動

1.電容器(1)帶電量：一個極板所帶電荷量的

．(2)電容器的充、放電．①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

，電容器中儲存

．②放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中

轉(zhuǎn)化為其他形式的能．絕對值異種電荷電場能電場能2．電容(1)意義：表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量．(2)定義式：C＝

.(3)單位：法拉(F)，1F＝

μF＝

pF.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

成反比．(2)決定式：C＝，k為靜電力常量．1061012正對面積相對介電常數(shù)兩極板間的距離【針對訓練】1．(2012·江蘇高考)一充電后的平行板電容器保持兩極板的正對面積、間距和電荷量不變，在兩極板間插入一電介質(zhì)，其電容C和兩極板間的電勢差U的變化情況是(

)A．C和U均增大B．C增大，U減小C．C減小，U增大

D．C和U均減小【答案】

B

1.帶電粒子在電場中的加速(1)處理方法：利用動能定理：qU＝

.(2)適用范圍：

．2．帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)(1)研究條件：帶電粒子

于電場方向進入勻強電場．(2)處理方法：類似于

，應(yīng)用運動的合成與分解的方法．①沿初速度方向做

運動，運動時間t＝

.②沿電場方向，做初速度為零的

運動．任何電場垂直平拋運動勻速直線勻加速直線【針對訓練】2．兩平行金屬板相距為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，最遠到達A點，然后返回，如圖6－3－1所示，OA＝h，此電子具有的初動能是(

)【答案】

D

1.示波管裝置示波管由

、

和

組成，管內(nèi)抽成真空．如圖6－3－2所示．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束沿直線運動，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′上是機器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓，叫做掃描電壓．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)隨時間變化的穩(wěn)定圖象．中心信號電壓【針對訓練】3.如圖6－3－3所示是一個說明示波管工作的部分原理圖，電子經(jīng)加速后以速度v0垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，離開偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)量為h，兩平行板間距為d，電壓為U，板長為L，每單位電壓引起的偏轉(zhuǎn)量(h/U)叫做示波管的靈敏度，為了提高靈敏度，可采用的辦法是(

)A．增加兩板間的電勢差UB．盡可能縮短板長LC．盡可能減小板距dD．使電子的入射速度v0大些【答案】

C

(2013屆長沙一中檢測)如圖6－3－4所示，A、B為平行板電容器的金屬板，G為靜電計．開始時開關(guān)S閉合，靜電計指針張開一定角度．為了使指針張開角度增大一些，應(yīng)該采取的措施是(

)A．斷開開關(guān)S后，將A、B兩極板靠近一些B．斷開開關(guān)S后，將A、B兩極板分開一些C．保持開關(guān)S閉合，將A、B兩極板靠近一些D．保持開關(guān)S閉合，將A、B兩極板分開一些【答案】

B

【答案】

C

1.帶電粒子在電場中運動時重力的處理(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等，除有說明或明確的暗示以外，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平衡解題步驟：(1)選取研究對象．(2)進行受力分析，注意電場力的方向特點．(3)由平衡條件列方程求解．3．帶電粒子在電場中的變速直線運動可用運動學公式和牛頓第二定律求解或從功能角度用動能定理或能量守恒定律求解．

(2011·福建高考)反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團在電場中的振蕩來產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過程類似．如圖6－3－5所示，在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個勻強電場，一帶電微粒從A點由靜止開始，在電場力作用下沿直線在A、B兩點間往返運動．已知電場強度的大小分別是E1＝2.0×103N/C和E2＝4.0×103N/C，方向如圖所示．帶電微粒質(zhì)量m＝1.0×10－20kg，帶電量q＝－1.0×10－9C，A點距虛線MN的距離d1＝1.0cm，不計帶電微粒的重力，忽略相對論效應(yīng)．求：(1)B點距虛線MN的距離d2；(2)帶電微粒從A點運動到B點所經(jīng)歷的時間t.【審題視點】

(1)明確帶電微粒的運動過程，微粒在兩個場強大小、方向都不同的電場中先做勻加速后做勻減速直線運動．(2)由動能定理、牛頓第二定律列方程求解．【答案】

(1)0.50cm

(2)1.5×10－8s

2.(2012·新課標全國高考)如圖6－3－6，平行板電容器的兩個極板與水平地面成一角度，兩極板與一直流電源相連．若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器，則在此過程中，該粒子(

)A．所受重力與電場力平衡B．電勢能逐漸減小C．動能逐漸增加D．做勻變速直線運動【解析】

帶電粒子在平行板電容器之間受到兩個力的作用，一是重力mg，方向豎直向下，二是電場力F＝Eq，方向垂直于極板向上．因二力均為恒力，已知帶電粒子做直線運動，所以此二力的合力一定在粒子運動的直線軌跡上，根據(jù)牛頓第二定律可知，該粒子做勻減速直線運動，選項D正確，選項A、C錯誤；從粒子運動的方向和電場力的方向可判斷出，電場力對粒子做負功，粒子的電勢能增加，選項B錯誤．【答案】

D

(2013屆保定一中檢測)如圖6－3－8所示，勻強電場方向沿x軸的正方向，場強為E.在A(l,0)點有一個質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，以沿y軸負方向的初速度v0開始運動，經(jīng)過一段時間到達B(0，－l)點(不計重力作用)．求：(1)粒子的初速度v0的大小；(2)當粒子到達B點時，電場力對粒子做功的瞬時功率．3.(2013屆南昌一中檢測)如圖6－3－9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的兩塊水平的平行極板間的偏轉(zhuǎn)電場中，入射方向跟極板平行．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)域的條件下，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【答案】

B

在真空中水平放置平行板電容器，兩極板間有一個帶電油滴，電容器兩極板間距為d，當平行板電容器的電壓為U0時，油滴保持靜止狀態(tài)，如圖6－3－10所示．當給電容器突然充電使其電壓增加ΔU1，油滴開始向上運動；經(jīng)時間Δt后，電容器突然放電使其電壓減少ΔU2，又經(jīng)過時間Δt，油滴恰好回到原來位置．假設(shè)油滴在運動過程中沒有失去電荷，充電和放電的過程均很短暫，這段時間內(nèi)油滴的位移可忽略不計，重力加速度為g.試求：(1)帶電油滴所帶電荷量與質(zhì)量之比；(2)第一個Δt與第二個Δt時間內(nèi)油滴運動的加速度大小之比；(3)ΔU1與ΔU2之比．【潛點探究】

(1)油滴處于靜止狀態(tài)時，受兩個力平衡，即勻強電場的電場力和重力；(2)電容器突然充電使其電壓增加ΔU1，電場強度增大，油滴所受合力向上，向上做勻加速運動，其中ΔU1決定了加速度a1的大小；(3)電容器突然放電使其電壓減少ΔU2，電場強度減小，油滴所受合力向下，油滴先向上做勻減速運動，再反向勻加速回到出發(fā)點，其中ΔU2－ΔU1決定了加速度a2的大小；(4)電壓增加ΔU1后的勻加速運動和電壓減少ΔU2后的運動，位移大小與所用時間Δt相等，可以得到加速度a1和a2的關(guān)系，從而建立ΔU1與ΔU2的關(guān)系．【即學即用】4．(2012·大綱全國高考)如圖6－3－11，一平行板電容器的兩個極板豎直放置，在兩極板間有一帶電小球，小球用一絕緣輕線懸掛于O點．現(xiàn)給電容器緩慢充電，使兩極板所帶電荷量分別為＋Q和－Q，此時懸線與豎直方向的夾角為π/6.再給電容器緩慢充電，直到懸線和豎直方向的夾角增加到π/3，且小球與兩極板不接觸．求第二次充電使電容器正極板增加的電荷量．【答案】

2Q

●平行板電容器的動態(tài)分析1．(2012·海南高考改編)將平行板電容器兩極板之間的距離、電壓、電場強度大小和極板所帶的電荷量分別用d、U、E和Q表示．下列說法正確的是(

)A．保持U不變，將d變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則E變?yōu)樵瓉淼膬杀禕．保持E不變，將d變?yōu)樵瓉淼囊话?，則U變?yōu)樵瓉淼膬杀禖．保持d不變，將Q變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則U變?yōu)樵瓉淼囊话隓．保持d不變，將Q變?yōu)樵瓉淼囊话?，則E變?yōu)樵瓉淼囊话搿敬鸢浮?/p>

D

●示波管的原理及應(yīng)用2．(2011·安徽高考)如圖6－3－12為示波管的原理圖．如果在電極YY′之間所加的電壓按圖6－3－13(a)所示的規(guī)律變化，在電極XX′之間所加的電壓按圖6－3－13(b)所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是(

)【答案】

B

●帶電粒子在交變電場中的運動3．(2011·安徽高考)如圖6－3－14(a)所示，兩平行正對的金屬板A、B間加有如圖6－3－14(b)所示的交變電壓，一重力可忽略不計的帶正電粒子被固定在兩板的正中間P處．若在t0時刻釋放該粒子，粒子會時而向A板運動，時而向B板運動，并最終打在A板上．則t0可能屬于的時間段是(

)【答案】

B

●帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)4.(2013屆合肥一中檢測)如圖6－3－15所示，有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射入勻強電場，當偏轉(zhuǎn)電壓為U1時，帶電粒子沿①軌跡從兩板正中間飛出；當偏轉(zhuǎn)電壓為U2時，帶電粒子沿②軌跡落到B板中間；設(shè)粒子兩次射入電場的水平速度相同，則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為(

)A．U1∶U2＝1∶8B．U1∶U2＝1∶4C．U1∶