《带电粒子在电场中的运动》 全省一等奖 教学课件

基础知识梳理一、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

．绝对值相互靠近绝缘基础知识梳理(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

电荷的过程．充电后，两极板间有

存在，电容器储存

．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

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．异种电场电荷中和其他形式基础知识梳理2．电容(1)定义：电容器所带的

与电容器两极板间的

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(μF)＝

皮法(pF)．电势差电荷量本领1061012基础知识梳理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

，跟正对面积S成

，跟极板间的距离d成

．(2)决定式：C＝

.

正比正比反比基础知识梳理(3)熟记两点：①保持两极板与电源相连，则电容器两极板间

不变．②充电后断开电源，则电容器所带的

不变．电压电荷量基础知识梳理基础知识梳理二、带电粒子在电场中的运动1．带电粒子在电场中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功等于带电粒子

的增量．动能基础知识梳理qEdqU基础知识梳理2．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基础知识梳理基础知识梳理图9－3－1基础知识梳理三、示波管1．示波管装置示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空．如图9－3－2所示．图9－3－2基础知识梳理2．工作原理示波器是可以用来观察电信号随时间变化情况的一种电子仪器．如果在偏转电极XX′上加横向扫描电压，同时加在偏转电极YY′上所要研究的信号电压，电子束随信号电压的变化在纵向做竖直方向的扫描，其周期与偏转电极XX′的扫描电压的周期

，在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线．相同课堂互动讲练一、电容器动态问题的分析方法1．先确定是Q还是U不变：电容器保持与电源连接，U不变；电容器充电后断开电源，Q不变．课堂互动讲练4．动态分析如下表课堂互动讲练1.(2009年高考海南卷)一平行板电容器两极板间距为d、极板面积为S，电容为ε0S/d，其中ε0是常量．对此电容器充电后断开电源．当增加两板间距时，电容器极板间(

)A．电场强度不变，电势差变大B．电场强度不变，电势差不变C．电场强度减小，电势差不变D．电场强度减小，电势差减小即时应用课堂互动讲练课堂互动讲练二、带电粒子在电场中偏转的几个重要推论1．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，则由课堂互动讲练结论：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．课堂互动讲练2．作粒子速度的反向延长线，与初速度方向交于O点，O点与电场边缘的距离为x，如图9－3－3所示，则图9－3－3课堂互动讲练课堂互动讲练特别提醒课堂互动讲练2．如图9－3－4所示，静止的电子在加速电压U1的作用下从O经P板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压U2的作用下偏转一段距离．现使U1加倍，要想使电子的轨迹不发生变化，应该(

)即时应用图9－3－4课堂互动讲练A．使U2加倍B．使U2变为原来的4倍C．使U2变为原来的1/4倍D．使U2变为原来的1/2倍课堂互动讲练课堂互动讲练三、带电粒子在复合场中的运动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．课堂互动讲练2．带电粒子在重力场和匀强电场中的运动(1)由于带电粒子在匀强电场中所受电场力和重力都是恒力，不受约束的粒子做的都是匀变速运动，因此可以采取正交分解法处理．课堂互动讲练课堂互动讲练3．已知如图9－3－5所示，水平放置的平行金属板间有匀强电场．一根长为l的绝缘细绳一端固定在O点，另一端系有质量为m并带有一定电荷的小球．小球原来静止在C点．当给小球一个水平速度后，它能在即时应用图9－3－5课堂互动讲练竖直面内绕O点做匀速圆周运动．若将两板间的电压增大为原来的3倍，求：要使小球从C点开始在竖直面内绕O点做圆周运动，至少要给小球多大的水平速度？在这种情况下，在小球运动过程中细绳所受的最大拉力是多大？课堂互动讲练解析：设原来的电场强度为E，小球带电量q.由题意可知：qE＝mg，两者方向相反，当板间电压变为原来的3倍时，场强变为原来的3倍．则电场力与重力的合力F合＝3qE－mg＝2mg，方向向上．即等效重力的大小为2mg，C点为等效最高点．要使小球恰好能在竖直平面做圆周运动，必须有：F向＝2mg＝mv2/l课堂互动讲练高频考点例析一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P点，如图9－3－6所示，题型一有关电容器的动态分析例1高频考点例析以E表示两极板间的场强，U表示电容器的电压，W表示正电荷在P点的电势能．若负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置(

)A．U变小，E不变B．E变大，W变大C．U变小，W不变

D．U不变，W不变高频考点例析高频考点例析【答案】

AC高频考点例析1．如图9－3－7所示，D是一只二极管，AB是平行板电容器，在电容器两极板间有一带电微粒P处于静止状态，当两极板A和B间的距离增大一些的瞬间(两极板仍平行)，带电微粒P的运动情况是(

)变式训练图9－3－7高频考点例析A．向下运动B．向上运动C．仍静止不动D．不能确定解析：选C.增大板距，由于二极管的单向导电性，并不能形成放电电流．故电容器电量不变，场强不变，因此微粒仍静止，所以C对．高频考点例析如图9－3－8所示，水平放置的A、B两平行板相距h，上板A带正电．现有质量为m、电荷量为＋q的小球在B板下方距离为H处，以初速度v0竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板，A、B间电势差UAB应为多大？题型二带电体在电场中的直线运动例2图9－3－8高频考点例析【思路点拨】小球先在重力作用下做匀减速直线运动，后在重力和电场力共同作用下做匀减速直线运动．【解析】法一：小球运动分两个过程，在B板下方时仅受重力作用，做竖直上抛运动；进入电场后受向下的电场力和重力作用，做匀减速直线运动．小球运动到B板时速度为vB.高频考点例析高频考点例析高频考点例析高频考点例析【方法技巧】

解决带电粒子在电场中的直线运动问题，关键是物理过程的分析，即分析受力、分析运动．分析受力时，有些情况只受电场力，有些情况粒子除受电场力外还受其他力，要通过审题和分析确定实际情况．高频考点例析2．如图9－3－9所示，板长L＝4cm的平行板电容器，板间距离d＝3cm，板与水平方向夹角α＝37°，两板间所加电压为U＝100V，有一带负电液滴，带电量为q＝3×10－10C，以v0＝1m/s的水平速度自A板变式训练图9－3－9高频考点例析边缘水平进入电场，在电场中仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出．(cos37°＝0.8，sin37°＝0.6，g取10m/s2)求：(1)液滴的质量；(2)液滴飞出时的速度．高频考点例析解析：由于带电粒子重力方向竖直向下，所受电场力方向只能垂直两板向上，其合力方向水平向右，做匀加速运动．高频考点例析答案：(1)8×10－8kg

(2)1.32m/s高频考点例析如图9－3－10甲所示，真空中水平放置的相距为d的平行金属板板长为L，两板上加上恒定电压后，板间可视为匀强电场．在t＝0时，将图9－3－10乙中所示的交变电压加在两板上，这时恰有一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从两板正中间以速度v0水平飞入电场．若此粒子离开电场时题型三带电粒子在交变电场中的运动例3高频考点例析恰能以平行于两板的速度飞出(粒子重力不计)，求：(1)两板上所加交变电压的频率f应满足什么条件；(2)该交变电压U0的取值范围是什么．图9－3－10高频考点例析【解析】

(1)带电粒子在电场中运动时间每经过一个周期，其在垂直于金属板方向所受电场力的冲量的矢量和为零，粒子的速度即恢复为射入时状态——平行于金属高频考点例析(2)因带电粒子在垂直于金属板方向做单方向的反复的加速、减速运动，每次加速和减速过程中在垂直金属板方向的位移大小都相等，其大小为：高频考点例析【答案】

(1)f＝nv0/L

(n＝1,2,3…)(2)U0≤2nd2mv02/qL2

(n＝1,2,3…)高频考点例析3．如图9－3－11甲所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔，右极板电势随时间变化的规律如图乙所示．电子原来静止在左极板小孔处，不计电子的重力，下列说法正确的是(

)变式训练高频考点例析图9－3－11高频考点例析A．从t＝0时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上B．从t＝0时刻释放电子，电子可能在两板间振动C．从t＝T/4时刻释放电子，电子可能在两板间振动，也可能打到右极板上D．从t＝3T/8时刻释放电子，电子必将打到左极板上高频考点例析解析：选AC.从t＝0时刻释放电子，如果两板间距离足够大，电子将向右先匀加速T/2，接着匀减速T/2，速度减小到零后，又开始向右匀加速T/2，接着匀减速T/2……直到打在右极板上．电子不可能向左