《师说2015高三物理一轮课件6.3电容器与电容 带电粒子在电场中的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《师说2015高三物理一轮课件6.3电容器与电容 带电粒子在电场中的运动（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 3讲 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动 基础梳理 一、电容器、电容 1 电容器 组成 两个彼此绝缘又相距很近的导体构成电容器 带电荷量 一个极板所带电荷量的 绝对值 充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板分别带上等量 异号电荷 ，电容器中储存电场能 充、放电 放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中 电场能 转化为其他形式的能量 额定电压 电容器长期正常工作的最大电压 击穿电压 把电容器的电介质击穿导电使电容器损坏的极限电压 2. 电容 (1) 定义：电容器所带的 电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值 (2) 定义式： C (3) 物理意义：表示电容器 容纳电
2、荷 本领的物理量 (4) 单位：法拉 (F) ， 1 F 106F 1012p F . ( 5) 电容与电压、电荷量的关系 电容 C 的大小由电容器本身结构决定，与电压、电荷量 无关 不随电荷量 Q 变化，也不随电压 U 变化 由 C 3 平行板电容器 (1) 影响因素：平行板电容器的电容与极板的 正对面积 成正比，与介质的相对介电常数成正比，与 板间距离 成反比 (2) 决定式： C k 为静电力常量 二、带电粒子在电场中的直线运动 1 平衡问题：平衡条件： F 合 0 . 2 加 ( 减 ) 速问题： 带电粒子沿与电场线平行的方向 进入匀强电场中，受到的静电力方向与运动方向在一条直线上，做
3、 匀变速直线 运动 有两种分析方法： (1) 用动力学观点分析： a E 2 (2) 用功能观点分析：粒子只受电场力作用，电场力做的功等于物体动能的变化： 12m 2m 三、带电粒子在电场中的偏转 1 运动性质 不计重力的带电粒子以速度 到 方向与初速度方向垂直的静电力作用而做 类平抛 运动 2 处理方法 (1) 分析方法 类平抛运动的合成与分解 垂直于电场线方向为 匀速直线 运动 (2) 基本关系，如图所示 设粒子带电荷量为 q ，质量为 m ，两平行金属板间的电压为U ，板长为 l ，板间距离为 d .( 忽略重力影响 ) 加速度： a Fm 在电场中的运动时间： t 位移 y， y 12
4、md 速度vyv ta n 四、示波器 示波器是用来观察电信号随时间变化的情况，其核心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示 1 如果在偏转电极 和 之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线运动，打在荧光屏 中心 ，在那里产生一个亮斑 2 上加的是待显示的 信号电压 上是机器自身的锯齿形电压，叫做 扫描电压 若所加扫描电压和信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的图象 考点一 平行板电容器的动态分析 (1) 第一类为充电后电容器两极板与电源两极相连，两极板间的电压 U 保持不变这类问题有如下特点： 当 d 、 S 、 r, 变化时 由 C 随 d
5、、 S 、 知 Q 随 d 、 S 、 随 d 的变化而变化(2) 第二类为充电后电容器两极板与电源两极断开，两极板上的电荷量 Q 保持不变这类问题有如下特点： 当 d 、 S 、 r, 变 化时 由 C 随 d 、 S 、 随 d 、 S 、 随 S 、 与极板间距 d 无关例 1 2012 江苏卷 一充电后的平行板电容器保 持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C 和两极板间的电势差 U 的变化情况是 ( ) A C 和 U 均增大 B C 增大， U 减小 C C 减小， U 增大 D C 和 U 均减小 解析 由 C r 入电介质后，介电常数 r 变大，
6、C 增大，由 C Q 不变， U 减小， B 项正确 答案 B 规律总结 求与平行板电容器有关的问题时， 应从平行板电容器的电容决定式入手，首先确定不变量，然后根据电容决定式C 出各物理量之间的关系，从而得出正确结论有关电容器问题的讨论通常有两种情况：一是电容器两极板始终与电源的两极连接，这种情况电容器两极板间的电压保持不变；二是电容器充电后与电源断开，这种情况电容器的带电量保持不变 . 小试身手 1 为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器 C 置于储罐中，电容器可通过开关 或电源相连，如图所示当开关从 a 拨到 b 时，由 构成的回路中产生周期 T 2
7、振荡电流当罐中的液面上升时 ( ) A 电容器的电容减小 B 电容器的电容增大 C 路的振荡频率减小 D 路的振荡频率增大 解析 平行板电容器的电容 C 液面上升时，极板间不导电液体的介电常数比原来的空气的介电常数要大，电容 A 项错， B 项正确； f1T12 C 项正确， 答案 考点二 带电体在匀强电场中做直线运动问题的分析 首先对带电粒子进行受力分析，弄清带电粒子的运动状态，然后再选用恰当的物理规律求解如果应用牛顿运动定律，要弄清带电粒子的受力情况和运动情况，再灵活运用运动学公式求解；如果运用动能定理，关键要弄清带电粒子的初、末状态及哪些力做功 例 2 如图所示，一带电荷量为 q 、质量
8、为 m 的小物块处于一倾角为 37 的光滑斜面上，当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中时，小物块恰好静止重力加速度取 g ， 求： (1) 水平向右电场的电场强度； (2) 若将电场强度减小为原来的12，物块的加速度是多大； (3) 电场强度变化后物块下滑距离 L 时的动能 解析 (1) 小物块静止在斜面上，受重力、电场力和斜面支持力，受力图如图所示，则有 由 可得 E 3 q. (2) 若电场强度减小为原来的12，则 E 3 mg si 可得 a 0. 3 g . (3) 电场强度变化后物块下滑距离 L 时，重力做正功，电场力做负功，由动能定理得 L co s 37 0 ， 可得 0. 3
9、 答案 (1)3 q(2)0.3 g (3) 0.3 规律总结 带电体在匀强电场中做直线运动问题的分析方法 小 试 身 手 2 2013 新课标全国卷 一水平放置的平行板电容器的两极板间距为 d ，极板分别与电池两极相连，上极 板中心有一小孔 ( 小孔对电场的影响可忽略不计 ) 小孔正上方 点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处 ( 未与极板接触 ) 返回 若将下极板向下平移从 P 点开始下落的相同粒子将( ) A 打到下极板上 B 在下极板处返回 C 在距上极板D 在距上极板25d 处返回 解析 由题意知，带电粒子落到下极板处的速度为 0 ，设此时电场强度为
10、E ，根据动能定理有， d 0 ，板间电压不变的情况下，下极板向上平移场强度 E 3 设带电粒子在距上极板 h 处时，速度变为 0 ，根据动能定理得，h h 0 ，解得， h 2 D 项正确 答案 D 考点三 带电粒子在匀强电场中的偏转问题 两个重要 推论 (1) 带电粒子离开偏转电场时，无论速度方向如何，其反向延长线一定经过偏转电场中水平位移的中点如图所示，当粒子离开电场时速度的反向延长线与初速度的延长线交于 A 点，该过程中速度偏转角的正切 ta n 移量 y 122以 x y c 12L . 当需要定量确定粒子在荧光屏上的偏转距离时，可以利用 中的几何比例线段巧妙求解 (2) 同号带电粒
11、子由静止开始经过同一个电场加速、再经过同一个电场偏转，粒子的轨迹相同，将要打在荧光屏上的同一位置如图所示，设加速电压为 转电压为 同号带电粒子离开偏转电场时，其偏转角 满足 ta n 2L2 然该角度和粒子的质量、电荷量均无关，而速度的反向延长线又一定经过偏转电场中水平位移的中点，所以同种电性的不同带电粒子经过同一个加速电场、再经过同 一个偏转电场射出时，方向一致，偏转轨迹相同，打在荧光屏上的同一位置 例 3 如图所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为 L 、电场强度为 E 的匀强电场，在与右侧虚线相距也为 L 处有一与电场平行的屏 现有一电荷量为 q 、质量为 m 的带电粒子 ( 重力不计 )
12、 ，以垂直于电场线方向的初速度 . 试求： (1) 粒子从射入到打到屏上所用的时间； (2) 粒子刚射出电 场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值 ta n ； (3) 粒子打到屏上的点 P 到 O 点的距离 x . 解析 (1) 根据题意，粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动，所以粒子从射入到打到屏上所用的时间 t2 (2) 设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为 据牛顿第二定律，粒子在电场中的加速度为： a 所以 所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方 向间夹角的正切值为 ta n (3) 解法一：设粒子在电场中的偏转距离为 y ，则 y 12a2 x y L ta n ，解得 x 3 m 解法二： x
