高考總復(fù)電容器與電容 帶電粒子在電場中的運(yùn)動課件

(對應(yīng)學(xué)生用書P113)一、靜電現(xiàn)象的解釋(Ⅰ)1．靜電平衡(1)概念：導(dǎo)體中(包括表面)沒有電荷的定向移動的狀態(tài)．2．靜電現(xiàn)象的應(yīng)用(1)靜電屏蔽：處于靜電平衡的空腔導(dǎo)體，腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響．(2)尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和的現(xiàn)象．問題探究1

處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部不存在電場嗎？[提示]

處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部存在兩個電場，即施感電場和感應(yīng)電場，且其合場強(qiáng)為零．[提示]

因電容器中間夾有絕緣體，因此兩極板間距離實際上是極板間絕緣體的厚度．當(dāng)在電容器極板間插入一定厚度的金屬導(dǎo)體后，兩極板間距離雖不變，但絕緣體厚度變小，因而C增大．2．帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)(1)運(yùn)動狀態(tài)分析：帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強(qiáng)電場時，受到恒定的與初速度方向垂直的電場力作用而做勻變速曲線運(yùn)動．(2)處理方法：類似于平拋運(yùn)動的處理，應(yīng)用運(yùn)動的合成與分解的方法．①沿初速度方向做勻速直線運(yùn)動，運(yùn)動時間：t＝l/v0.②沿電場力方向做勻加速直線運(yùn)動，問題探究3

在電場中只要是帶電粒子就一定不計重力嗎？[提示]

一般情況只要是帶電粒子，就不計重力，但不完全是這樣，有時需根據(jù)實際情況分析．四、示波管(Ⅰ)1．構(gòu)造：如下圖所示，①電子槍，②偏轉(zhuǎn)電極，③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沿直線傳播，打在熒光屏中心，在那里產(chǎn)生一個亮斑．(2)YY′上加的是待顯示的信號電壓，XX′上是機(jī)器自身的鋸齒形電壓，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)變化的圖象．(2010·重慶理綜)某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板．對著話筒說話時，P振動而Q可視為不動．在P、Q間距增大過程中(

)A．P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點的電勢比N點的低D．M點的電勢比N點的高[答案]

D如右圖所示一束帶電粒子(不計重力)，垂直電場線方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，試討論在以下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件，才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角φ.(U、d、l保持不變)(1)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的速度相同；(2)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動能相同；(3)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動量相同；(4)先由同一加速電場加速后，再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場．可見，在(4)的條件下，不論帶電粒子的m、q如何，只要經(jīng)過同一加速電場加速，再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，它們飛出電場的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度φ都是相同的．(對應(yīng)學(xué)生用書P115)題型一平行板電容器的動態(tài)問題分析方法

(4)動態(tài)分析如下表在分析平行板電容器的動態(tài)問題時，一定要分清是電壓不變還是電荷量不變．[嘗試解答]

保持S閉合的分析：因為第①種情況下兩板間電壓U不變，所以電場強(qiáng)度E＝U/d，只有d減小，E增大，電場力增大，帶電微粒才向上運(yùn)動打到上極板M上，故可以通過下移極板M或者上移極板N來實現(xiàn)，選項A錯，B正確；[答案]

BA．U2＝U1，E2＝E1

B．U2＝2U1，E2＝4E1C．U2＝U1，E2＝2E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1例2(15分)(2011·福建卷)反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團(tuán)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．如圖所示，在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個勻強(qiáng)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(yùn)動．已知電場強(qiáng)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，帶電荷量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(yùn)動到B點所經(jīng)歷的時間t.(2)設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)的加速度大小分別為a1、a2，由牛頓第二定律有________＝ma1③(2分)________＝ma2④(2分)設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)運(yùn)動的時間分別為t1、t2，由運(yùn)動學(xué)公式有d1＝________⑤(2分)d2＝________⑥(2分)又t＝t1＋t2⑦(2分)由②③④⑤⑥⑦式解得t＝1.5×10－8s．(1分)討論帶電粒子在電場中做直線運(yùn)動(加速或減速)的方法：(1)能量方法——能量守恒定律；(2)功能關(guān)系——動能定理；(3)力和加速度方法——牛頓運(yùn)動定律，勻變速直線運(yùn)動公式．如圖所示，a、b、c為質(zhì)量均為m(可視為質(zhì)點)的完全相同的三個金屬小球，處于豎直向上的勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度的大小E＝3mg/q，a、b、c三球在同一豎直線上，且ca＝ab＝L，b球所帶電荷量為＋q，a、c均不帶電，若b、c兩球始終不動，a球由靜止釋放，以后a球分別與b、c兩球多次發(fā)生相碰，則經(jīng)過足夠長的時間后(碰撞過程中機(jī)械能無損失，且每次碰撞后兩球所帶電荷量相等，不計電荷間的庫侖力，電荷q對勻強(qiáng)電場的影響可忽略)(1)b球的電荷量是多少？(2)a球與c球第一次相碰前速度為多大？(3)a球在b、c間運(yùn)動的最大速度是多大？題型三帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題帶電粒子在電場中運(yùn)動一類問題，是近幾年高考中考查的重點內(nèi)容之一．尤其是在力、電綜合試題中，多把電場與牛頓定律、動能定理、功能關(guān)系、運(yùn)動學(xué)知識、電路知識等巧妙地綜合起來，考查學(xué)生對這些基本知識、基本規(guī)律的理解和掌握的情況，應(yīng)用基本知識分析、解決實際問題的能力．縱觀這類題目，所涉及的情景基本相同(無外乎是帶電粒子在電場中平衡、加速或偏轉(zhuǎn))，在處理這類問題時，要善于聯(lián)系力學(xué)中的物理模型，借助力學(xué)模型，從受力情況、運(yùn)動情況、能量轉(zhuǎn)移等角度去分析，將力學(xué)中處理問題的方法遷移到電場中去，問題就會變得比較容易解決．

例3(19分)(2011·浙江卷)如圖甲所示，靜電除塵裝置中有一長為L、寬為b、高為d的矩形通道，其前、后面板使用絕緣材料，上、下面板使用金屬材料．圖乙是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定的高壓直流電源相連．質(zhì)量為m、電荷量為－q、分布均勻的塵埃以水平速度v0進(jìn)入矩形通道，當(dāng)帶負(fù)電的塵埃碰到下板后其所帶電荷被中和，同時被收集．通過調(diào)整兩板間距d可以改變收集效率η.當(dāng)d＝d0時，η為81%(即離下板0.81d0范圍內(nèi)的塵埃能夠被收集)．不計塵埃的重力及塵埃之間的相互作用．(1)求收集效率為100%時，兩板間距的最大值dm；(2)求收集效率η與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系；(3)若單位體積內(nèi)的塵埃數(shù)為n，求穩(wěn)定工作時單位時間下板收集的塵埃質(zhì)量ΔM/Δt與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系，并繪出圖線．[思路誘導(dǎo)]

審題過程中首先要看懂圖甲所示的靜電除塵裝置的原理圖，此原理實際上利用了帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動讓帶電塵埃出去．要在審題之后建立起類平拋運(yùn)動的模型，從而利用運(yùn)動的合成與分解的知識來解答問題．審題時還要著重理解“收集效率、單位時間下板收集的塵埃質(zhì)量ΔM/Δt”的含義．(2011·泰州模擬)如右圖所示，在兩條平行的虛線內(nèi)存在著寬度為L、場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，在與右側(cè)虛線相距也為L處有一與電場平行的屏.現(xiàn)有一電荷量為＋q、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力不計)，以垂直于電場線方向的初速度v0射入電場中，v0方向的延長線與屏的交點為O.試求：(1)粒子從射入到打到屏上所用的時間；(2)粒子剛射出電場時的速度方向與初速度方向間夾角的正切值tanα；(3)粒子打到屏上的點P到O點的距離s.(對應(yīng)學(xué)生用書P117)易錯點1：對電容器的動態(tài)分析不全面如圖所示，C為中間插有電介質(zhì)的電容器，a和b為其兩極板，a板接地；P和Q為兩豎直放置的平行金屬板，在兩板間用絕緣線懸掛一帶電小球；P板與b板用導(dǎo)線相連，Q板接地．開始時懸線靜止在豎直方向，在b板帶電后，懸線偏轉(zhuǎn)了角度α.在以下方法中，能使懸線的偏角α變大的是(

)A．縮小a、b間的距離B．加大a、b間的距離C．取出a、b兩極板間的電介質(zhì)D．換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì)[易錯分析]

做題時沒有審清題意，對電容器的性質(zhì)理解不透徹，判斷不出本題電容器帶電量不變，不能與力學(xué)中的平衡知識靈活結(jié)合解題，從而錯選AD.用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素(如圖)．設(shè)兩極板正對面積為S，極板間的距離為d，靜電計指針偏角為θ.實驗中，極板所帶電荷量不變，若(

)A．保持S不變，增大d，則θ變大B．保持S不變，增大d，則θ變小C．保持d不變，減小S，則θ變小D．保持d不變，減小S，則θ不變[答案]

A易錯點2：對運(yùn)動的合成、分解理解不透徹在電場方向水平向右的勻強(qiáng)電場中，一帶電小球從A點豎直向上拋出，其運(yùn)動的軌跡如圖所示．小球運(yùn)動的軌跡上A、B兩點在同一水平線上，M為軌跡的最高點．小球拋出時的動能為8.0J，在M點的動能為6.0J，不計空氣的阻力．求：(1)小球水平位移x1與x2的比值；(2)小球所受電場力F的大小與重力G的比值；(結(jié)果可用根式表示)(3)小球落到B點時的動能EkB.[易錯分析]

本題錯誤的主要原因為：(1)對運(yùn)動的合成與分解理解不透徹；(2)對矢量與標(biāo)量及運(yùn)算法則掌握不牢固．錯解如下：(1)小球在上升、下降過程中時間相等，有些同學(xué)錯誤地認(rèn)為小球在水平方向做勻速運(yùn)動，小球水平位移x1與x2的比值為1∶1.[正確解答]

(1)小球在豎直方向做豎直上拋運(yùn)動，水平方向做勻加速直線運(yùn)動，A→M和M→B的豎直分運(yùn)動的時間相同．水平分運(yùn)動時間也相同．水平方向是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，相鄰相等時間內(nèi)位移比為1∶3∶5∶…則x1∶x2＝1∶3.運(yùn)動的合成與分解是我們解決運(yùn)動學(xué)問題的重要方法，合運(yùn)動與分運(yùn)動具有等時性，各分運(yùn)動具有獨立性，我們在解題時一般把復(fù)雜的運(yùn)動分解為兩個較簡單的運(yùn)動分別進(jìn)行計算．注意矢量與標(biāo)量合成的不同，矢量根據(jù)平行四邊形定則進(jìn)行合成，標(biāo)量求的是代數(shù)和．真空中存在空間范圍足夠大的、方向水平向右的勻強(qiáng)電場．在電場中，若將一個質(zhì)量為m、帶正電的小球由靜止釋放，運(yùn)動過程中小球的速度方向與豎直方向的夾角為37°(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)．現(xiàn)將該小球從電場中某點以初速度v0豎直向上拋出．求運(yùn)動過程中：(1)小球受到的電場力的大小及方向：(2)小球從拋出點至最高點的電勢能的變化量；(3)小球最小速度的大小及方向．(對應(yīng)學(xué)生用書P117)1．(2011·武漢模擬)如圖所示，矩形區(qū)域ABCD內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場，兩個帶正電的粒子a和b以相同的水平速度射入電場，粒子a由頂點A射入，從BC的中點P射出，粒子b由AB的中點O射入，從頂點C射出．若不計重力，則a和b的比荷(即粒子的電荷量與質(zhì)量之比)是(

)A．1∶2

B．2∶1C．1∶8 D．8∶1[答案]

D2．(2011·廈門模擬)如圖所示，A板發(fā)出的電子經(jīng)加速后，水平射入水平放置的兩平行金屬板間，金屬板間所加的電壓為U，電子最終打在光屏P上，關(guān)于電子的運(yùn)動，則下列說法中正確的是(

)A．滑動觸頭向右移動時，其他不變，則電子打在熒光屏上的位置上升B．滑動觸頭向左移動時，其他不變，則電子打在熒光屏上的位置上升C．電壓U增大時，其他不變，則電子