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第三單元帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動第5課時電容與電容器帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動,選修3-1第七章電場,,基礎(chǔ)回顧,考點一電容器電容,1．電容器：兩個彼此絕緣又相互__________的導(dǎo)體就構(gòu)成一個電容器．電容器的工作狀態(tài)——充電和放電．充電就是使電容器________的過程，放電就是使充電后的電容器________電荷的過程．2．電容：電容是描述電容器________本領(lǐng)的物理量，電容器__________與極板間的________的比值叫電容．(1)定義式：C＝________＝.,(2)單位：____，簡稱為_____.1F＝____μF＝____pF.3．平行板電容器(1)平行板電容器的帶電荷量是指__________所帶的電荷量的絕對值．(2)決定式：C＝__________.即是說，平行板電容器的電容C跟電容器的________、__________成正比，跟兩極板間的________成反比．,答案：1．靠近帶電失去2．容納電荷所帶的電荷量電勢差(1)(2)法拉法10610123．(1)一塊極板(2)正對面積介電常數(shù)距離,要點深化,1．電容的理解(1)由得：Q＝CU，由此看出，電壓一定時，C越大，電容器容納電荷的電荷量Q越多，故不同的電容器容納電荷的本領(lǐng)是不同的．(2)電容是電容器本身的屬性，不能由公式來說明同一電容器的電容是由電荷量和電壓決定的．對于平行板電容器，其電容是由其兩極板的正對面積、兩極板間的距離及介電常數(shù)決定的．(3)由可以推導(dǎo)出.,2．平行板電容器中諸多物理量變化的分析方法分析有關(guān)平行板電容器的Q、U、C、E的變化時，主要有兩種情況：一是保持兩板與電源相連，則電容器兩極電壓U不變；,二是通電后斷開電源，則帶電荷量Q不變．運(yùn)用電容的定義式和決定式解決電容器問題的思路是：(1)確定不變量．C與電源相連時，電壓不變；電容器先充電后與電源斷開，所帶電荷量不變．,(2)用決定式C＝分析平行板電容器電容C的變化．(3)用定義式分析電容器所帶電荷量Q或兩板間電壓U的變化．(4)用分析電容器板間場強(qiáng)E的變化．,,基礎(chǔ)回顧,考點二帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動,1．帶電粒子在勻強(qiáng)電場做勻加速直線運(yùn)動帶電粒子僅在電場力的作用下，由靜止開始在勻強(qiáng)電場中做勻加速直線運(yùn)動，由動能定理________，可以求得帶電粒子經(jīng)過加速電場加速后所獲得的動能或________．2．帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(簡稱電偏轉(zhuǎn))(1)運(yùn)動分析：帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的電場時，若只受電場力的作用，則沿初速度方向帶電粒子做____________運(yùn)動，沿電場力的方向粒子做____________________運(yùn)動．,(2)帶電粒子在電場中運(yùn)動時間的討論如右圖所示．質(zhì)量為m，帶電荷量為q的帶正電的粒子，以初速度v0垂直于電場方向，從兩個極板中間射入勻強(qiáng)電場，已知極板間的電壓為U，且上極板帶正電，極板的長度為L，兩極板間的距離為d，帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動的時間為t.,①若帶電粒子能打出電場，帶電粒子在電場中運(yùn)動的時間由______________決定(推理過程有：得)，其值為t＝__________.②若帶電粒子打不出電場，帶電粒子在電場中運(yùn)動時間由________________決定，其值為t＝__________________.,3．示波器構(gòu)造：電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏．工作原理：如下圖所示，電子先由加速電壓U1________，再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電壓U2和U3________.,答案：1．速度2．(1)勻速直線初速度為零的勻加速直線(2)①初速度和板的長度共同②電場強(qiáng)度和板間的距離3．加速偏轉(zhuǎn),要點深化,1．帶電體在電場力作用下的運(yùn)動的處理方法研究帶電體在電場中運(yùn)動的問題時，會遇到兩類帶電體．是否考慮重力，應(yīng)根據(jù)具體情況來確定．當(dāng)帶電體是電子、質(zhì)子、氘核、氚核、α粒子、離子等微觀粒子時，由于所受電場力通常都遠(yuǎn)大于所受的重力，所以重力可以忽略不計(但不能忽略質(zhì)量)；當(dāng)帶電體是帶電的液滴、帶電塵埃、帶電小球等小物體時，通常它們所受的重力與電場力可以比擬，其質(zhì)量和重力都要考慮(除有特殊說明外)．帶電體在電場中運(yùn)動，綜合了電場和力學(xué)的知識．分析方法和力學(xué)分析方法基本相同：先分析受力情況(電場力作為其中一個力)，再分析運(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)動過程，然后選取恰當(dāng)規(guī)律解題．選取規(guī)律時，就首先考慮能量守恒的規(guī)律，即動能定理或能量守恒定律，其次再考慮牛頓運(yùn)動定律．,2．帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)(電偏轉(zhuǎn))所謂電偏轉(zhuǎn)就是帶電粒子(不計重力的微觀粒子)垂直射入勻強(qiáng)電場后，做類似于平拋運(yùn)動的情況．對此把它看成是互相垂直的勻速直線運(yùn)動和初速為零的勻加速直線運(yùn)動的合運(yùn)動．電偏轉(zhuǎn)有以下規(guī)律：,(1)側(cè)向位移,(2)飛出速度的大小v＝,(3)偏轉(zhuǎn)角,(4)對于不同的帶電粒子，垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，有以下推論：,因為,所以,可見，無論粒子從何處離開電場，都好像從沿粒子入射方向在電場中所畫的線段的中點射出的．懂得了以上的規(guī)律，就能快捷地處理有關(guān)電偏轉(zhuǎn)問題．3．帶電粒子在電場中做勻速圓周運(yùn)動帶電粒子也可以在電場中做勻速圓周運(yùn)動．如果電場是非勻強(qiáng)電場，則必須有點電荷產(chǎn)生電場，帶電粒子必須是不計重力的異種電荷的粒子，它所受的電場力實質(zhì)上是庫侖力，庫侖力提供帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動的向心力．如果電場是勻強(qiáng)電場，由于電場力是恒定的保守力，不可以做向心力，必須利用其他力(如重力)進(jìn)行平衡，再靠另一個力(如繩子的拉力)作向心力．4．解決帶電粒子在電場中運(yùn)動的基本思路(1)受力分析,研究對象有兩種：帶電粒子和帶電顆粒．前者不考慮重力，后者要考慮重力．①基本粒子：如電子、質(zhì)子、氘核、氚核、α粒子、離子等一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)．②帶電顆粒：如液滴、塵埃、小球等除有說明或明確的暗示外，一般不能忽略重力．(2)運(yùn)動軌跡和過程分析．帶電粒子運(yùn)動形式?jīng)Q定于：粒子的受力情況和初速度情況．(3)解題的依據(jù)①力的觀點：牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式．②能量的觀點：動能定理；能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律．,,,題型一平行板電容器的動態(tài)分析,一平行板電容器，兩極板間的距離d和兩板面積S都可調(diào)節(jié)，先將電容器兩極板與電池相連，接通一段時間后斷開，用Q表示電容器的電荷量，E表示兩板間的場強(qiáng)，則下列說法中正確的是()A．當(dāng)d增大，S不變時，Q減小，E減小B．當(dāng)S增大，d不變時，Q減小，E增大C．當(dāng)d減小，S增大時，Q增大，E增大D．當(dāng)S減小，d不變時，Q不變，E增大,當(dāng)S增大，d不變時，C增大，Q不變，E減小，B錯．當(dāng)d減小，S增大時，C增大，Q不變，E不變，C錯．當(dāng)S減小，d不變時，C減小，Q不變，E增大，故D正確．答案：D,解析：由電容器與電池接通后斷開，說明Q不變，據(jù)C＝可知，當(dāng)d增大，S不變，C減小，知，U增大；由＝，故E不變，A錯．,題型訓(xùn)練,1.(2009年福建卷)如右圖所示，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，則(),A．帶點油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動B．P點的電勢將降低C．帶點油滴的電勢將減少D．電容器的電容減小，極板帶電荷量增大,1．解析：電容器兩端電壓U不變，由公式，場強(qiáng)變小，電場力變小，帶點油滴將沿豎直方向向下運(yùn)動，A錯；P到下極板距離d不變，而強(qiáng)場E減小，由公式U＝Ed知P與下極板的電勢差變小，又因為下極板電勢不變，所以P點的電勢變小，B對；由于電場力向上，而電場方向向下，可以推斷油滴帶負(fù)電，又P點的電勢降低，所以油滴的電勢能增大，C錯；圖中電容器兩端電壓U不變，電容C減小時由公式Q＝CU，帶電荷量減小，D錯．答案：B,,題型二理解概念，正確推理,如圖(a)、(b)所示，一個不計重力的帶電粒子分別從靜止開始由兩個板距不同但電壓相同的加速電場加速，則帶電粒子通過板距較長的電場(b)時(),A．獲得的速度較大B．獲得的速度較小C．所需的時間較長D．所需的時間較短,解析：由可得，原來靜止的帶電粒子的速度將變?yōu)?由此可知，速度v的大小與帶電粒子自身性質(zhì)及電場加速電壓U有關(guān)，與板距無關(guān)，AB都錯；根據(jù)可知，由于平均速度相同，則經(jīng)過板距較長的電場所需的時間較長，故C正確．,答案：C,題型訓(xùn)練,2．如右圖所示，質(zhì)子和α粒子在電壓為U1的加速電場中由靜止加速后垂直進(jìn)入板長為L、板距為d、電壓為U2的勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場，則在偏轉(zhuǎn)電場中(),A．質(zhì)子向下偏，α粒子向上偏，兩者分離B．質(zhì)子和α粒子都向下偏，但質(zhì)子偏轉(zhuǎn)更大，兩者分離C．質(zhì)子和α粒子都向下偏，且兩者偏轉(zhuǎn)一樣，軌跡相同D．質(zhì)子和α粒子都向上偏，且兩者偏轉(zhuǎn)一樣，軌跡相同,2．解析：如圖所示，設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，電荷量為q，它離開電場時的速度為圖中的v，它與水平分速vx之間的夾角叫做偏向角，可以表示出v的方向．,對質(zhì)子的加速有,qU1＝,對質(zhì)子的偏轉(zhuǎn)，水平方向有vx＝v0，L＝v0t；豎直方向有vy＝at＝,偏向角φ的正切tan＝,解上述各式可得tan＝,是一個與質(zhì)子荷質(zhì)比q/m無關(guān)的量，可見，任何帶同種電荷的粒子離開偏轉(zhuǎn)電場時速度方向相同．故C正確．答案：C,,題型三抓好臨界，重點突破,一束電子流在經(jīng)U＝5000V的加速電壓后，在距兩極板等間距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如右圖所示，若兩板間距d＝1.0cm，板長L＝5.0cm，那么，要使電子能在平行板間飛出，兩個極板上最多能加多大電壓？,解析：加速中，由動能定理得eU＝進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，電子在平行于板面的方向上做勻速運(yùn)動L＝v0t，在垂直于板面的方向做勻加速直線運(yùn)動，,加速度,能飛出的條件為,解以上各式得,U′≤,＝4.0102V,即要使電子能飛出，所加電壓最大為400V.,答案：所加電壓最大為400V.點評：粒子恰能飛出極板和粒子恰不能飛出極板，對應(yīng)著同一臨界狀態(tài)——“擦邊球”．根據(jù)題意找出臨界狀態(tài)，由臨界狀態(tài)來確定極值，是求解極值問題的常用方法．,題型訓(xùn)練,3．如圖所示，同一平面上存在兩個電壓相同、邊長都為L的正方形區(qū)域的勻強(qiáng)電場，Ⅰ區(qū)域為加速電場，Ⅱ區(qū)域為偏轉(zhuǎn)電場．有一個電子可在AB板旁邊任一位置由靜止釋放，當(dāng)電子在AB板旁邊什么位置由靜止釋放時，電子恰能從Ⅱ區(qū)域右下角D處離開？,解析：設(shè)釋放點距離B為s.在電場Ⅰ中電子被加速到v，有：,①,進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場Ⅱ后，在水平方向上，有L＝vt②,在豎直方向上，,①②③式聯(lián)立得：s＝,答案：電子在AB板旁邊距離B為的位置由靜止釋放時，電子恰能從Ⅱ區(qū)域右下角D處離開．,,,,警示因忽視偏轉(zhuǎn)電場做功的變化而出錯,一個動能為Ek的帶電粒子，垂直于電場線方向飛入平行板電容器，飛出電容器時動能為2Ek，如果使這個帶電粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，那么它飛出電容器時的動能變?yōu)?)A．8EkB．5EkC．4.25EkD．4Ek,錯解：當(dāng)初動能為Ek時，未動能為2Ek，所以電場力做功為W＝Ek；當(dāng)帶電粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼膬杀稌r，初動能為4Ek，電場力做功為W＝Ek；所以它飛出電容器時的動能變?yōu)?Ek，即B選項正確．,分析糾錯：因為偏轉(zhuǎn)距離為y＝所以帶電粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼膬杀稌r，偏轉(zhuǎn)距離變?yōu)閥/4，所以電場力做功只有W＝0.25Ek，它飛出電容器時的動能變?yōu)?.25Ek，即C選項正確．答案：C,祝,您,學(xué)業(yè)有成,