电容器电场中带电粒子的运动PPT课件

1 一 电容器及其电容1 电容器 1 组成 两个彼此且又的导体 2 带电荷量 一个极板所带电荷量的 3 充 放电 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 两极板间有存在 充电过程中由电源获得的电能储存在电容器中 放电 用导线将充电后的电容器的两极板接通 两极板上的电荷的过程 放电后的两极板间不再有电场 电场能转化为的能量 绝缘 相距很近 绝对值 异号 电场 中和 其他形式 2 2 电容 1 定义 电容器所带的Q与电容器两极板间的U的比值 2 意义 表示电容器容纳电荷的物理量 3 定义式 C 4 单位 1法拉 F 微法 F 皮法 pF 电荷量 电势差 本领 106 1012 3 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跟板间电介质的相对介电常数 成 跟正对面积S成 跟极板间的距离d成 2 决定式 C 3 熟记两点 保持两极板与电源相连 则电容器两极板间不变 充电后断开电源 则电容器所带的不变 正比 正比 反比 电压 电荷量 4 1 电容由电容器本身决定 与极板的带电情况无关 2 公式C 是电容的定义式 对任何电容器都适用 公式C 是平行板电容器的决定式 只对平行板电容器适用 5 二 带电粒子在电场中的运动1 带电粒子在电场中运动运动轨迹与电场线重合的条件 1 电场线是直线 2 带电粒子只在电场力作用下运动 3 运动的初速度为零或初速度方向与电场线共线2 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中加速 若不计粒子的重力 则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子的增量 1 在匀强电场中 W qU mv2 mv02 2 在非匀强电场中 W mv2 mv02 动能 qEd qU 6 3 带电粒子在电场中的偏转带电粒子以垂直匀强电场的场强方向进入电场后 做类平抛运动 轨迹为抛物线 垂直于场强方向做运动 vx v0 x v0t 平行于场强方向做初速度为零的运动 匀速直线 匀加速直线 vy at y at2 a 侧移距离 y 偏转角 arctan 7 三 示波管1 示波管装置示波管由 和组成 管内抽成真空 如图所示 电子枪 偏转电极 荧光屏 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 在那里产生一个亮斑 2 YY 上加的是待显示的 XX 上是机器自身的锯齿形电压 叫做 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 中心 信号电压 扫描电压 8 9 1 运用电容的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 分析平行板电容器电容的变化 3 用定义式C 分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化 4 用E 分析电容器极板间场强的变化 10 2 电容器两类问题比较 11 例1 2009 福建高考 如图6 3 3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 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 答案 B 12 变式训练1 2010 西安部分学校联考 如图6 3 1所示为一只 极距变化型电容式传感器 的部分构件示意图 当动极板和定极板之间的距离d变化时 电容C便发生变化 通过测量电容C的变化就可知道两极板之间距离d的变化情况 在下列图中能正确反映C与d之间变化规律的图象是 答案 A 13 1 研究对象 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等除有说明或有明确的暗示以外 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 14 1 运动性质带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场中 受到的电场力方向与运动方向 做运动 2 分析方法用匀变速直线运动的规律 电场必须是匀强电场 即qU 在一条直线上 匀变速直线 2 带电粒子在电场中直线加速 15 例2 2009 福建高考 如图甲所示 在水平地面上固定一倾角为 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 0 的滑块从距离弹簧上端为s0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 16 1 求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t1 2 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 3 从滑块静止释放瞬间开始计时 请在图6 3 3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图象 图中横坐标轴上的t1 t2及t3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v1为滑块在t1时刻的速度大小 vm是题中所指的物理量 17 18 变式训练2 2009 浙江 20 空间存在匀强电场 有一电荷量 q 0 质量m的粒子从O点以速率为v0射入电场 运动到A点时速率为2v0 现有另一电荷量 q 质量m的粒子以速率2v0仍从O点射入该电场 运动到B点时速率为3v0若忽略重力的影响 则 A 在O A B三点中 B点电势最高B 在O A B三点中 A点电势最高C OA间的电势差比BO间的电势差大D OA间的电势差比BA间的电势差小 答案 AD 19 1 粒子的偏转角问题 1 已知带电粒子情况及初速度如图6 3 7所示 设带电粒子质量为m 带电荷量为q 以初速度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 则tan 式中vy at vx v0 代入得tan 结论 动能一定时tan 与q成正比 电荷量相同时tan 与动能成反比 20 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加速后进入同一偏转电场的 则由动能定理有 qU0 mv02由 式得 tan 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 21 1 Y 作粒子速度的反向延长线 设交于O点 O点与电场边缘的距离为x 则x 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 粒子的偏转量问题 22 2 若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加速后进入偏转同一电场的 则y 结论 粒子的偏转角和偏转距离与粒子的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角度和偏转距离总是相同的 23 例3两个半径均为R的圆形平板电极 平行正对放置 相距为d 极板间的电势差为U 板间电场可以认为是均匀的 一个 粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间 到达负极板时恰好落在极板中心 已知质子带电荷量为e 质子和中子的质量均视为m 忽略重力和空气阻力的影响 求 1 极板间的电场强度E 2 粒子在极板间运动的加速度a 3 粒子的初速度v0 24 变式训练3如图所示 甲图是用来使带正电的离子加速和偏转的装置 乙图为该装置中加速与偏转电场的等效模拟 以y轴为界 左侧为沿x轴正向的匀强电场 场强为E 右侧为沿y轴负方向的匀强电场 已知OA AB OA AB 且OB间的电势差为U0 若在x轴的C点无初速地释放一个电荷量为q 质量为m的正离子 不计重力 结果正离子刚好通过B点 求 1 CO间的距离d 2 粒子通过B点的速度大小 25 变式训练4 如图6 3 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 轨迹从两板正中间飞出 当偏转电压为U2时 带电粒子沿 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 8B U1 U2 1 4C U1 U2 1 2D U1 U2 1 1 答案 A 26 例4足够长的粗糙绝缘板A上放一个质量为m 电荷量为 q的小滑块B 用手托住A置于方向水平向左 场强大小为E的匀强电场中 此时A B均能静止 如图6 3 12所示 现将绝缘板A从图中位置P垂直电场线移至位置Q 发现小滑块B相对A发生了运动 为研究方便可以将绝缘板A的运动简化成先匀加速接着匀减速到静止的过程 测量发现竖直方向加速的时间为0 8s 减速的时间为0 2s P Q位置高度差为0 5m 已知匀强电场的场强E A B之间动摩擦因数 0 4 g取10m s2 求 考点4带电粒子在重力场和电场组成的复合场中运动 1 绝缘板A加速和减速的加速度分别为多大 2 滑块B最后停在离出发点水平距离多大处 答案 1 1 25m s25m s2 2 0 04m 27 变式训练5如图9所示的装置是在竖直平面内放置的光滑绝缘轨道 处于水平向右的匀强电场中 一带负电荷的小球从高h的A处由静止开始下滑 沿轨道ABC运动后进入圆环内做圆周运动 已知小球所受的电场力是其重力的3 4 圆环半径为R 斜面倾角为 xBC 2R 若使小球在圆环内能做完整的圆周运动 h至少为多少 28 考点5带电粒子在交变电场中的运动例5如图甲所示 A B是两水平放置的足够长的平行金属板 组成偏转匀