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第七章 第3单元 电容器 带电粒子在电场中的运动.ppt

第七章 第3单元 电容器 带电粒子在电场中的运动

中小学精品课件
2019-04-27 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第七章 第3单元 电容器 带电粒子在电场中的运动ppt》,可适用于高等教育领域

理知识第七章提能力第单元明考向课堂考题领悟课下综合提升返回返回提示:处于静电平衡的金属球壳由于电荷间的相互排斥的作用力电荷间的距离尽量变大所以电荷分布在金属球壳的外表面上在金属球壳的内表面没有净电荷的分布。验电器甲与A球壳相连时与金属球壳构成一个导体相当于金属球壳的远端则带有电荷从而使金属箔片张开同理得出验电器乙不会带电故金属箔片不张开。返回返回返回应用升级.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的下列说法正确的是(  )A.铜丝编织的衣服不易拉破所以用铜丝编织B.电工被铜丝编织的衣服包裹使体内电势保持为零对人体起保护作用返回C.电工被铜丝编织的衣服包裹使体内电场强度保持为零对人体起保护作用D.铜丝必须达到一定厚度才能对人体起到保护作用解析:金属壳可以起到静电屏蔽的作用使壳内部不受外部电场的影响。答案:C返回思维启动 用控制变量法可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图--)。设两极板正对面积为S极板间的距离为d静电计指针偏角为θ。实验中极板所带电荷量不变若:图--返回()保持S不变增大d则θ()保持d不变减小S则θ。提示:电容器充满电后显然是电荷量不变当S不变、d增大时U增大所以θ增大若保持d不变减小S则场强变强U增大θ增大。返回返回返回返回返回返回()电容器两类动态变化的分析比较:①第一类动态变化:两极板间电压U恒定不变。返回返回②第二类动态变化:电容器所带电荷量Q恒定不变。返回返回解析:电容器的电容和它所带的电荷量无关和板间的电压无关只由电容器本身的结构来决定。因此A、B、C都不正确故选D。答案:D返回  知识联动.带电粒子在电场中运动时重力的处理()基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外一般都不考虑重力(但并不忽略质量)。()带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等除有说明或有明确的暗示以外一般都不能忽略重力。返回返回返回返回应用升级.如图--所示质子(H)和α粒子(He)以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力)则这两个粒子图--射出电场时的侧位移y之比为(  )A.∶      B.∶C.∶D.∶返回答案:B返回返回典题例析例 如图--所示平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接下极板接地。一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离则(  )图--返回A.带电油滴将沿竖直方向向上运动B.P点的电势将降低C.带电油滴的电势能将减小D.若电容器的电容减小则极板带电荷量将增大返回返回答案 B返回拓展训练.静电计是在验电器的基础上制成的用其指针张角的大小来定性显示其金属球与外壳之间的电势差大小。如图--所示A、B是平行板电容器的两个金属板G为静电计。开始时开关S闭合静电计指针张开一定角度为了使指针张开的角度增大些下列采取的措施可行的是(  )返回图--返回A.断开开关S后将A、B分开些B.保持开关S闭合将A、B两极板分开些C.保持开关S闭合将A、B两极板靠近些D.保持开关S闭合将变阻器滑动触头向右移动返回答案:A返回知识检索讨论带电粒子在电场中做直线运动(加速或减速)的方法:()能量方法能量守恒定律()功能关系动能定理()力和加速度方法牛顿运动定律匀变速直线运动公式。返回典题例析例 如图--甲所示在水平地面上固定一倾角为θ的光滑绝缘斜面斜面处于电场强度大小为E、方向沿斜面向下的匀强电场中。一劲度系数为k的绝缘轻质弹簧的一端固定在斜面底端整根弹簧处于自然状态。一质量为m、带电荷量为q(q>)的滑块从距离弹簧上端为s处静止释放滑块在运动过程中电荷量保持不变设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失弹簧始终处在弹性限度内重力加速度大小为g。返回图--返回()求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t()若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为vm求滑块从静止释放到速度大小为vm的过程中弹簧的弹力所做的功W返回()从滑块静止释放瞬间开始计时请在图--乙中画出滑块在沿斜面向下运动的整个过程中速度与时间关系v-t图像。图中横坐标轴上的t、t及t分别表示滑块第一次与弹簧上端接触、第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时刻纵坐标轴上的v为滑块在t时刻的速度大小vm是题中所指的物理量。返回思路点拨 本题考查匀变速直线运动规律、共点力的平衡、动能定理、牛顿运动定律等知识解答时要分阶段应用不同的规律列方程求解。返回返回返回()如图所示。返回返回拓展训练如图--所示板长L=cm的平行板电容器板间距离d=cm板与水平线夹角α=°两板所加电压为U=V有一带负电液滴带电荷量为q=×-C图--以v=ms的水平速度自A板边缘水平进入电场在电场中仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出取g=ms。求:()液滴的质量()液滴飞出时的速度。返回返回答案:()×-kg ()ms返回知识检索带电粒子在电场中的运动综合了静电场和力学的知识分析方法和力学的分析方法基本相同:先分析受力情况再分析运动状态和运动过程然后选用恰当的规律解题。返回典题例析例 如图--为一真空示波管的示意图电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计)经灯丝与A板间的电压U加速从A板中心孔沿中心线KO射出然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直电子经过电场后打在荧光屏上的P点。已知M、N两板间的电压为U两板间的距离为d板长为L电子的质量为m电荷量为e不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力。返回图--返回()求电子穿过A板时速度的大小()求电子从偏转电场射出时的侧移量()若要电子打在荧光屏上P点的上方可采取哪些措施?返回思路点拨 ()电子在灯丝与A板间的运动中可用动能定理求穿过A板时的速度大小()电子在偏转电场中做类平抛运动沿极板方向的分运动确定运动时间垂直极板方向做匀加速运动从而求出侧移量的表达式()由侧移量表达式中的相关物理量分析应采取的措施。返回返回返回返回返回返回返回A.U=UE=EB.U=UE=EC.U=UE=ED.U=UE=E返回答案:C返回.(·浙江高考)请用学过的电学知识判断下列说法正确的是(  )A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C.小鸟停在单根高压输电线上会被电死D.打雷时呆在汽车里比呆在木屋里要危险返回答案:B返回(·武汉检测)如图--所示矩形区域ABCD内存在竖直向下的匀强电场两个带正电的粒子a和b以相同的水平速度射入电场粒子a由顶点图--A射入从BC的中点P射出粒子b由AB的中点O射入从顶点C射出。若不计重力则a和b的比荷(即粒子的电荷量与质量之比)是(  )A.∶       B.∶C.∶D.∶返回答案:D返回.(·河源模拟)如图--所示质量为m电荷量为q的带电粒子以初速v进入场强为E的匀强电场中图--极板的长度为L电容器极板中央到光屏的距离也是L。已知带电粒子打到光屏的P点求偏移量OP的大小。返回返回知识联动.静电平衡()概念:导体中(包括表面)没有电荷的定向移动的状态。()特点eqblc{rc(avsalco(①导体内部场强:导体内部处处为零,②电势:导体为等势体导体表面为等势面,③导体表面场强:表面上E≠且与表面垂直,④净电荷:分布在外表面)).静电现象的应用()静电屏蔽:处于静电平衡的空腔导体腔外电场对腔内空间不产生影响。()尖端放电:所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子由于被吸引而奔向尖端与尖端上的电荷中和的现象。知识联动.电容器()组成:两个彼此绝缘且又相距很近的导体。()带电荷量:一个极板所带电荷量的绝对值。()充、放电①充电:把电容器接在电源上后电容器两个极板分别带上等量的异号电荷的过程。充电后两极板上的电荷由于互相吸引而保存下来两极板间有电场存在。充电过程中由电源获得的电能储存在电容器中。②放电:用导线将充电后的电容器的两极板接通两极板上的电荷中和的过程。放电后的两极板间不再有电场电场能转化为其他形式的能量。.电容()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。()意义:表示电容器容纳电荷本领的物理量。()定义式:C=eqf(Q,U)。()单位:法拉(F)=微法(μF)=皮法(pF)。.平行板电容器的电容()决定因素:平行板电容器的电容C跟板间电介质的相对介电常数εr成正比跟正对面积S成正比跟极板间的距离d成反比。()决定式:C=eqf(εrS,πkd)。.平行板电容器的动态分析()运用电容器定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路:①确定不变量分析是电压不变还是所带电荷量不变。②用决定式C=eqf(εrS,πkd)分析平行板电容器电容的变化。③用定义式C=eqf(Q,U)分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。④用E=eqf(U,d)分析平行板电容器极板间匀强电场场强的变化。应用升级.根据电容器电容的定义式C=eqf(Q,U)可知(  )A.电容器所带的电荷量Q越多它的电容就越大C与Q成正比B.电容器不带电时其电容为零C.电容器两极板之间的电压U越高它的电容就越小C与U成反比D.以上答案均不对.带电粒子在电场中的平衡解题步骤:①选取研究对象。②进行受力分析注意电场力的方向特点。③由平衡条件列方程求解。.带电粒子在电场中的加速()处理方法:利用动能定理:qU=eqf(,)mv-eqf(,)mv()适用范围:任何电场。.带电粒子在匀强电场中的偏转()研究条件:带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场。()处理方法:类似于平抛运动应用运动的合成与分解的方法。①沿初速度方向做匀速直线运动运动时间t=eqf(l,v)。②沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动。eqblc{rc(avsalco(加速度:a=f(F,m)=f(qE,m)=f(qU,md),运动时间blc{rc(avsalco(a能飞出平行板电容器:t=f(l,v),b打在平行极板上:y=f(,)at=f(,)·f(qU,md)t, t=r(f(mdy,qU)))),离开电场时的偏移量:y=f(,)at=f(qUl,mvd),离开电场时的偏转角:tanθ=f(vy,v)=f(qUl,mvd)))解析:由y=eqf(,)eqf(Eq,m)eqf(L,v)和Ek=eqf(,)mv得:y=eqf(ELq,Ek)可知y与q成正比B正确。知识检索在分析平行板电容器的电容及其他参量的动态变化时要注意两个方面:()确定不变量(电量不变或电压不变)()选择合适的公式分析(C=eqf(Q,U)或C=eqf(εrS,πkd))。思路点拨 根据公式C=eqf(εrS,πkd)判断电容的变化根据C=eqf(Q,U)判断电荷量的变化根据U=Ed判断电场强度和电势的变化。解析 上极板向上移动一小段距离后板间电压不变仍为E故电场强度将减小油滴所受电场力减小故油滴将向下运动A错P点的电势大于且P点与下极板间的电势差减小所以P点的电势降低B对两极板间电场方向竖直向下所以P点的油滴应带负电当P点电势减小时油滴的电势能应增加C错电容器的电容C=eqf(εrS,πkd)由于d增大电容C应减小极板带电荷量Q=CE将减小D错。解析:静电计测电容器的电压。断开S后电荷量Q将不改变将A、B分开些电容C减小由U=eqf(Q,C)可知U增加静电计指针张开的角度增大A项对。只要开关S闭合电容器与电源相连接电压U就不改变静电计指针张开的角度不改变故B、C、D项都错。解析 ()滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中做初速度为零的匀加速直线运动设加速度大小为a则有qE+mgsinθ=ma①s=eqf(,)at②联立①②可得t=eqr(f(ms,qE+mgsinθ))③()滑块速度最大时受力平衡设此时弹簧压缩量为x则有mgsinθ+qE=kx④从静止释放到速度达到最大的过程中由动能定理得(mgsinθ+qE)·(s+x)+W=eqf(,)mvm-⑤联立④⑤可得W=eqf(,)mvm-(mgsinθ+qE)·(s+eqf(mgsinθ+qE,k))答案 ()eqr(f(ms,qE+mgsinθ))()eqf(,)mvm-(mgsinθ+qE)·(s+eqf(mgsinθ+qE,k))()见解析图解析:()画出带电液滴的受力图如图所示由图可得:qEcosα=mgqEsinα=maE=eqf(U,d)解之得:m=eqf(qUcosα,dg)代入数据得m=×-kg()对液滴由动能定理得:qU=eqf(,)mv-eqf(,)mvv=eqr(v+f(qU,m))所以v=eqf(r(),)ms≈ms解析 ()设电子经电压U加速后的速度为v由动能定理有eU=eqf(,)mv解得v=eqr(f(eU,m))。()电子沿极板方向做匀速直线运动沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动。设偏转电场的电场强度为E电子在偏转电场中运动的时间为t加速度为a电子离开偏转电场时的侧移量为y。由牛顿第二定律和运动学公式有t=eqf(L,v)eqf(eU,md)=ay=eqf(,)at解得:y=eqf(UL,Ud)。()减小加速电压U增大偏转电压U。答案 ()eqr(f(eU,m)) ()eqf(UL,Ud) ()见解析拓展训练如图--所示水平放置的平行板电容器极板间距离为d两极板间加的电压为U上极板带正电。现有一束微粒以某一速度垂直于电场方向沿中心线OO′图--射入并能沿水平方向飞出电场。当电压升高到U时微粒可以从距M板eqf(d,)处飞出电场。()带电微粒的比荷是多少?带何种电荷?()要使微粒束能从距N板eqf(d,)处飞出电场则所加的电压U应为多少?解析:()当电压为U时小球受力平衡mg=eqf(Uq,d)因此小球带负电则eqf(q,m)=eqf(gd,U)。()由于两次偏转的侧位移大小相同因此可知两次运动的加速度大小相同在竖直方向的合外力大小相同即eqf(qU,d)-mg=mg-eqf(qU,d)则U=eqf(mgd,q)-U代入()中结果有U=U-U。答案:()eqf(gd,U) 负电 ()U-U.(·天津高考)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时两极板间电势差为U板间场强为E。现将电容器所带电荷量变为Q板间距变为eqf(,)d其他条件不变这时两极板间电势差为U板间场强为E下列说法正确的是(  )解析:U=eqf(Q,C)E=eqf(U,d)。当板间距变为eqf(,)d时由C=eqf(εrS,πkd)可知电容变为C而带电荷量也变为Q故U=eqf(Q,C)=UE=eqf(U,f(,)d)=eqf(U,d)=E故C选项正确。解析:由静电屏蔽的知识可知A、D选项均错金属可以消除多余的静电B项正确单根高压输电线上相距较近的两点之间电阻很小因而电压较小小鸟不会被电死C选项错误。解析:两粒子在电场中均做类平抛运动则有沿初速度方向:x=vt垂直于初速度方向:y=eqf(,)·eqf(qE,m)t即y=eqf(,)eqf(qE,m)·eqf(x,v)则有eqf(qa,ma)∶eqf(qb,mb)=eqf(ya,yb)·eqf(xb,xa)=eqf(,)×eqf(,)=∶D项正确。解析:粒子离开电场时的偏移距离为y=eqf(,)eqf(qE,m)(eqf(L,v))离开电场时的偏角为:tanθ=eqf(qEL,mv)离开电场后偏移距离为y=(L-eqf(L,))tanθ=eqf(qEL,mv)屏上P点偏移中心O的距离为y=y+y=eqf(qEL,mv)答案:eqf(qEL,mv)

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