【红对勾】高考物理复习电容器与电容带电粒子在电场中的运动课件

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答案:C
2.如图3所示,有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀
强电场,当偏转电压为U1时,带电粒子沿①轨迹从两板正中间 飞出;当偏转电压为U2时,带电粒子沿②轨迹落到B板中间; 设粒子两次射入电场的水平速度相同,则两次偏转电压之比为
()
A.U1∶U2=1∶8 C.U1∶U2=1∶2
B.U1∶U2=1∶4 D.U1∶U2=1∶1
B.由公式 C=QU可知,电容器的电容随带电荷量 Q 的增加而 增大
C.对一个电容器来说,电容器的带电荷量与两板间的电势差 成正比
D.如果一个电容器两板间没有电压,就不带电荷,也就没有 电容
解析:该题考查电容器及其电容的概念,电容器两极板带等 量的异种电荷,电容器的电荷量是指某一板所带电荷量的绝对值,
课时3 电容器与电容 带电粒子 在电场中的运动
课前自主学习 课堂讲练互动 随堂巩固训练 课时作业
课前自主学习
梳理知识 突破难点
——知识回顾—— 1.静电平衡 (1)概念:导体中(包括表面)没有电荷的定向移动的状态.
①导体内部场强:导体内部处处为零 (2)特点② ③电 导势 体: 表导 面体 场为 强等 :势 表体 面, 上E导≠体0表且面与为表等面势垂面直
2.电容 (1)定义:电容器所带的电荷与电容器两极板间的电势差 比值. (2)意义:表示电容器容纳电荷本领大小的物理量. (3)定义式:C=QU. (4)单位:1 法拉(F)=106 微法(μF)=1012 皮法(pF).
3.平行板电容器的电容 (1)决定因素: 平行板电容器的电容 C 跟板间电介质的介电常数 ε 成正比, 跟正对面积 S 成正比,跟极板间的距离 d 成反比. (2)决定式:C=4πεSkd. (3)熟记两点: ①保持两极板与电源相连,则电容器两极板间电压不变. ②充电后断开电源,则电容器的电荷量不变.
故 A 错.由 C=QU知,电容是一个用比值定义的物理量,电容与 电容器是否带电及带电多少无关,因此 B、D 错,正确选项为 C.
答案:C
——知识回顾—— 1.带电粒子在电场中的加速 带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场,带电粒子将做加 (减)速运动.有两种分析方法: (1)用动力学观点分析:a=qmE,E=Ud ,v2-v02=2ad. (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.
图3
解析:由 y=12at2=12Umqd·vl202得 U=2mqvl022dy,所以 U∝ly2,可知 A 项正确.
答案:A
——知识回顾—— 1.构造:(1)电子枪,(2)偏转电极,(3)荧光屏 2.工作原理(如图4所示)
图4
(1)如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压,则电子 枪射出的电子沿直线传播,打在荧光屏中心,在那里产生一个 亮斑.
(4)保持 K 始终闭合,使平行板电容器板间距离由 d 变成 2d,
则电容器的电压不变,等于电源的电动势 U;依据电场强度 E=Ud
可知,电场强度变为 U ;依据 2d
C=4πεSkd可知电容器的电容变为12C;
依据 C=QU可知电容器的电荷量变为12CU.
(5)K 闭合后断开,电容器的电荷量不变,为 CU;当板间距
(3)K闭合后又断开时,平行板电容器的电容、电势差、 电荷量、内部电场强度分别为多大?
(4)保持K始终闭合,使平行板电容器板间距离由d变成2d, 平行板电容器的电容、电势差、电荷量、内部电场强度分别为 多大?
(5)保持K闭合后断开,使平行板电容器板间距离由d变成 2d,平行板电容器的电容、电势差、电荷量、内部电场强度分 别为多大?
答案:B
课堂讲练互动
师生互动 规律总结
[例1] 如图7所示,电源的电动势为U,电路中的开关为 K,平行板电容器的板间距离为d,正对面积为S,介电常数为ε, 电容为C.求:
(1)K未闭合前,平行板电容器的电容、电势差、电荷量、 内部电场强度分别为多大?
图7
(2)K闭合后,平行板电容器的电容、电势差、电荷量、 内部电场强度分别为多大?
3.粒子的偏转量问题
(1)y=12at2=12·qdUm1·(vl0)2④
作粒子速度的反向延长线,设交于 O 点,O 点与电场边缘的 qU1l2
距离为 x,则 x=taynθ=2dqmU1vl02=2l . mv02d
结论:粒子从偏转电场中射出时,就像是从极板间的 l/2 处沿
直线射出.
(2)若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压 U0 加速后进 入偏转电场 U1 的,则由②和④,得:
qU=12mv2-12mv02
2.带电粒子在匀强电场中的偏转 (1)研究条件:带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场. (2)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 ②沿电场力方向,做匀加速直线运动
t=vl0
加速度:a=mF =qmE=Umqd 离离开开电电场场时时的的偏偏移qdvlqv20l022
图5
图6 解析:电子在 YY′和 XX′间沿电场方向均作初速度为零的 匀加速直线运动,由位移公式 s=12at2=12meUdt2,知水平位移和竖直 位移均与电压成正比.在 t=0 时刻,UY=0 知竖直位移为 0,故 A、 C 错误.在 t=t21时刻,UY 最大知竖直位移最大,故 B 正确,D 错 误.
——基础自测—— (2010·浙江理综)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
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.
对电容的理解
——要点深化——
1.由 C=QU可以看出电压 U 一定时,C 越大,Q 越大,容纳 电荷的本领越强.本式是定义式,适用于各种电容器,同时也给
出了一种计算电容的方法.
2.由 C=QU可推出 C=ΔΔQU.
——基础自测—— 关于电容器及其电容,下列说法中正确的是( ) A.平行板电容器一板带电+Q,另一板带电-Q,则此电容 器不带电
答案:B
——知识回顾—— 1.电容器 (1)组成:两个彼此绝缘且又靠的很近的导体. (2)带电荷量:一个极板所带电荷量的绝对值. (3)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 带上等量的异种电荷的过程.充电后,两极板间有电场存在, 电容器储存电场能.
②放电:用导线将充电后的电容器的两极板接通,极板 上电荷减少的过程.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.
离增大为 2d 时,电荷的密度不变,即 E 不变,仍为Ud ;依据 U=
Ed 可知,电容器的电压变为 2U;依据 C=4πεSkd,可知电容器的
电容变为12C.
[答案] 见解析 题后反思 解决平行板电容器动态变化问题的基本思路: (1)确定不变量.C 与电源相连时,极板间电压不变;电容器 先充电后与电源脱离,所带电荷量不变. (2)用决定式 C∝εdS分析平行板电容器电容的变化. (3)用定义式 C=QU分析电容器所带电荷量或两极板间电压的 变化. (4)用 E=Ud 分析电容器极板间场强的变化.
——要点深化—— 1.带电粒子在电场中的运动是否考虑重力 (1)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). (2)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.
2.粒子的偏转角问题 (1)已知电荷情况及初速度 如图 1 所示,设带电粒子质量为 m,带电荷量为 q,以速度 v0 垂直于电场线方向射入匀强偏转电场,偏转电压为 U1.若粒子飞 出电场时偏转角为 θ,则 tanθ=vvyx,式中 vy=at=qdUm1·vl0,vx=v0,代入得 tanθ=mqvU012ld ①
图1
结论:动能一定时tanθ与q成正比,电荷量相同时tanθ与 动能成反比.
(2)已知加速电压 U0 若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压 U0 加速后进 入偏转电场的,则由动能定理有:qU0=12mv02② 由①②式得:tanθ=2UU10ld③ 结论:粒子的偏转角与粒子的 q、m 无关,仅取决于加速电 场和偏转电场.即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进 入同一偏转电场,它们在电场中的偏转角度总是相同的.
④净电荷:分布在外表面
2.静电现象的应用 (1)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. (2)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. 思考:处于静电平衡状态的导体内部不存在电场吗? 提示:处于静电平衡状态的导体内部存在两个电场,即 施感电场和感应电场,且其合场强为零.
(2)YY′上加的是待显示的信号电压,XX′上是机器自身产 生的锯齿形电压,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 化的稳定图象.
——基础自测—— (2011·安徽理综)图5(a)为示波管的原理图.如果在电 极YY′之间所加的电压按图5(b)所示的规律变化,在电极XX′之 间所加的电压按图5(c)所示的规律变化,则在荧光屏上会看到 的图形是( )
C.U2=U1,E2=2E1
D.U2=2U1,E2=2E1
解析:U1=QC,E1=Ud1.当板间距变为12d 时,由 C=4πεSkd可知 电容变为 2C,而带电荷量也变为 2Q,故 U2=22QC=U1,E2=U12d2= 2Ud1=2E1,故 C 选项正确.
答案:C
[例2] 如图8,极板电容器水平放置,两极间距为1.6 cm. (1)当两极间电势差为300 V时,一带负电的小球在距下板 0.8 cm处静止.如果两极间电势差减小到60 V时,带电小球运 动到极板上需多长时间?
变式 1—1 (2011·天津理综)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 U1,板间场强为 E1.现将电容
器所带电荷量变为 2Q,板间距变为12d,其他条件不变,这时两极
板间电势差为 U2,板间场强为 E2,下列说法正确的是( )
A.U2=U1,E2=E1
B.U2=2U1,E2=4E1
[解析] (1)K 未闭合前,电容器还没有充电,此时电势差、 电荷量、内部电场强度皆为零,但是电容是由电容器本身的性质 决定的,故仍为 C.
(2)K 闭合后,电容器被充电,依据题意可知,电容器的电压 为 U;依据电场强度与电势差的关系可得:电场强度 E=Ud ;依据 C=QU可得:Q=CU.
(3)K 闭合后又断开,并没有其它变化,则 U、E、Q、C 都不 会变化,答案与(2)中相同.
图8
(2)当两极间电势差为60 V时,一质子也从距下板0.8 cm 处由静止释放,则质子运动到极板上需多长时间?(质子的质 量为mp=1.67×10-27kg)
[解析] (1)取带电小球为研究对象,设它带电荷量为 q,则带 电小球受重力 mg 和电场力 qE 的作用.
A.电子到达B板时的动能是U eV
B.电子从B板到达C板动能变化量为零
C.电子到达D板时动能是3U eV
D.电子在A板和D板之间做往复运动
图2
解析:由电池的接法知:A板带负电,B板带正电,C板 带正电,D板带负电,所以A、B板间有向左的电场,C、D板 间有向右的电场,B、C板间无电场,由动能定理知:电子到 达B板时的动能为U eV,到达D板的动能为0,在B、C板间做 匀速直线运动,总之电子能在A板和D板间往复运动,所以错 误选项为C.
y=4UU10l2d 结论:粒子的偏转距离与粒子的 q、m 无关,仅取决于加速 电场和偏转电场.即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后
进入同一偏转电场,它们在电场中的偏转距离总是相同的.
——基础自测——
1.如图2所示,从F处释放一个无初速度的电子向B板方
向运动,指出下列对电子运动的描述中错误的是(设电源电动 势为U)( )
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