高一物理电容带电粒子在电场中的运动.ppt

电容电容 带电粒子在电场中运动带电粒子在电场中运动核心知识核心知识 方法方法核心概念核心概念o电容器、电容、单板带电量、加速电场、o偏转电场、带电粒子、电子、质子、粒子粒子电容电容E Es sd dU UQ Q-Q-Q充电过程充电过程放电过程放电过程R1 1、电容器的工作状态：电容器的工作状态：工作状态充电电流：负充电电流：负 正正放电电流：正放电电流：正 负负2 2、电容电容定义：定义：定义式：定义式：物理意义：物理意义：描述电容器容纳电荷本领的强弱描述电容器容纳电荷本领的强弱电容器所带电荷量与两极板间的电势差的比值。电容器所带电荷量与两极板间的电势差的比值。C=Q/U C=Q/U 或或 C=Q/UC=Q/U电容电容注：注：C=Q/U C=Q/U 比值定义法，比值定义法，C C的大小与的大小与Q Q、U U无关。无关。C CQ QC CU UQ QU UU UQ Q Q Q 电容器一个极板所带电量的绝对值电容器一个极板所带电量的绝对值 单位：单位：1F=101F=106 6F=10F=101212pFpF电容电容3 3、平行板电容器电容：平行板电容器电容：C=s/4kd C=s/4kd 决定式决定式电容动态变化电容动态变化例例1 1对于给定的电容器，在描述电容量对于给定的电容器，在描述电容量C C、带电量、带电量Q Q、两、两板间电势差板间电势差U U的相互关系中，下列图的相互关系中，下列图1 11616中正确的中正确的 是：是：()()ACE电容动态变化电容动态变化4 4、平行板电容器的动态分析：平行板电容器的动态分析：分析内容：分析内容：常见两种情况：常见两种情况：电容器电势差电容器电势差U U保持不变（与电源连接）保持不变（与电源连接）电容器的带电量电容器的带电量Q Q保持不变（与电源断开）保持不变（与电源断开）分析顺序：分析顺序：C=s/4kdC=s/4kd判断判断C C的的变化。变化。C=Q/UC=Q/U判断判断Q Q、U U的变化。的变化。E=E=s s、d d、C C、Q Q、E E、U Us s、d d、的的变化。变化。最后判断最后判断E E的变化。的变化。电容动态变化电容动态变化例例2.一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，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在两极板间有一正电荷(电量很小电量很小)固定在固定在P点点.如图如图1-56所示，用所示，用E表示两极板间场强，表示两极板间场强，U表示电容器的电表示电容器的电压，压，EP表示正电荷在表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不点的电势能，若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则（动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则（）A.U变小，变小，E不变不变 B.E变大，变大，EP不变不变C.U变小，变小，EP不变不变 D.U不变，不变，EP不变不变 图1-56电容动态变化电容动态变化静电计静电计测量电容器两极板间电势差的仪器测量电容器两极板间电势差的仪器动态分析练练1 1、在研究平行板电容器电容的实验中，电容器的在研究平行板电容器电容的实验中，电容器的A A、B B两极板带有等量异种电荷，两极板带有等量异种电荷，A A板与静电计连接，如图所板与静电计连接，如图所示。实验中可能观察到的现象是（示。实验中可能观察到的现象是（）A A、增大、增大A A、B B板间的距离，静电计指针张角变小板间的距离，静电计指针张角变小B B、减小、减小A A、B B板间的距离，静电计指针张角变小板间的距离，静电计指针张角变小C C、把、把B B板向上平移，减小板向上平移，减小A A、B B板的正对面积，静电计指板的正对面积，静电计指 针张角变小针张角变小D D、在、在A A、B B板间放入一介质板，静电计指针张角变小板间放入一介质板，静电计指针张角变小 BDBD电容动态变化电容动态变化基本粒子基本粒子1 1、基本粒子：、基本粒子：如电子、质子、离子、如电子、质子、离子、粒子等在没粒子等在没 有明确指出或暗示下重力一般忽略不计。有明确指出或暗示下重力一般忽略不计。2 2、带电颗粒：、带电颗粒：如油滴、液滴、尘埃、带电小球在没有明如油滴、液滴、尘埃、带电小球在没有明 确指出或暗示下重力一般不能忽略。确指出或暗示下重力一般不能忽略。电子电子-e-e、质子、质子e、离子、离子、粒子粒子2e2ev0qm带电粒子在电场中的直线运动带电粒子在电场中的直线运动 仅仅在在电场力作用下，初速度与电场共线电场力作用下，初速度与电场共线:qU=mv2 mv02v =若若 v0=0 则则qU=mv2v =演示vud例例3 3、如图所示，如图所示，MM、N N是在真空中竖直放置的两是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为块平行金属板，质量为mm、电量为、电量为+q+q的质子，以的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当极小的初速度由小孔进入电场，当MM、N N间电压间电压为为U U时，粒子到达时，粒子到达N N板的速度为板的速度为v，如果要使这个，如果要使这个带电粒子到达带电粒子到达N N板的速度为板的速度为2 2v ，则下述方法能，则下述方法能满足要求的是（满足要求的是（）A A、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为2U 2U B B、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为4U 4U C C、使、使MM、N N间电压不变，距离减半间电压不变，距离减半 DD、使、使MM、N N间电压不变，距离加倍间电压不变，距离加倍 MMN NU Ud d+v与与电压平方电压平方根根成正比成正比B带电粒子在电场中的直线运动带电粒子在电场中的直线运动ABdUABtT/2T3T/20UU练练2 2已知电子带电量为已知电子带电量为e e、质量为、质量为m m，ABAB两板间距离为两板间距离为d d。1 1、若在、若在t=0t=0时刻释放电子，它将如何运动？画出时刻释放电子，它将如何运动？画出v-tv-t图像图像2 2、若在、若在t=T/4t=T/4时刻释放电子，它将如何运动？画出时刻释放电子，它将如何运动？画出v-tv-t图像图像带电粒子在电场中的直线运动带电粒子在电场中的直线运动 svxvy vLUdxv0演示演示带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转oxyydl例例4 4如右图所示，设带电粒子的带电量为q，平行板长为l，两板的距离为d，电势差为U，带电粒子的初速度为v0，不计重力，求：带电粒子在电场中运动的时间t=带电粒子运动的加速度a粒子在射出电场时竖直方向的偏转距离y粒子在射出电场时竖直方向的分速度vy粒子在射出电场时的速度大小v带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转练习3如图所示，一个电子以4106m/s的速度沿与电场垂直的方向从A点飞进匀强电场，并且从另一端B点沿与场强方向成150角方向飞出。那么，A、B两点间的电势差UAB为多少伏。（电子的质量为9.11031kg）带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转v0示波器原理示波器原理u1u2YYL LL Lvo rh核心公式核心公式电容的定义式电容的定义式电容的决定式电容的决定式粒子在电场中的加速度粒子在电场中的加速度动能和电势能的相互转化动能和电势能的相互转化合外力提供向心力合外力提供向心力o分析电容变化引起电场变化o受力分析、过程分析解电场中的粒子运动o状态分析、做功分析解电场中的粒子运动变速直线运动匀变速曲线运动（如平抛、类平抛运动）圆周运动核心技术核心技术核心题型核心题型带电粒子在重力场与电场的复合场中运动的带电粒子在重力场与电场的复合场中运动的关键：关键：五五个个分析分析受力分析受力分析正确解题的前提正确解题的前提过程分析过程分析正确解题的关键正确解题的关键状态分析状态分析正确解题的切入点正确解题的切入点做功分析（能量转化分析）做功分析（能量转化分析）守恒条件分析守恒条件分析三种运动三种运动匀变速直线运动匀变速直线运动匀变速曲线运动（如平抛、类平抛运动）匀变速曲线运动（如平抛、类平抛运动）圆周运动圆周运动运用力的观点直接求解运用力的观点直接求解运动分解（化曲为直、以直代曲）运动分解（化曲为直、以直代曲）寻找向心力寻找向心力例例5.如图如图1-58所示，平行板电容器板间距离所示，平行板电容器板间距离d=10 cm，与一个直流电源连接，电源电压为，与一个直流电源连接，电源电压为10 V，N板接地，板接地，取大地电势为零取大地电势为零.两板间有一点两板间有一点P，P点距点距M板板5 cm，把把K闭合给电容器充电，然后再断开，闭合给电容器充电，然后再断开，P点场强大小点场强大小为为_，电势为，电势为_，若把，若把N板向下移动板向下移动10 cm，则，则P点场强大小为点场强大小为_，电势为，电势为_.电容动态变化电容动态变化练练4 4、如图所示，水平放置的两平行金属板如图所示，水平放置的两平行金属板A A、B B相距为相距为d d，电容为电容为C C，开始两板均不带电，开始两板均不带电，A A板接地且中央有孔，现将板接地且中央有孔，现将带电荷量带电荷量q q、质量为、质量为m m的带电的带电液滴一滴一滴地从小孔正上方液滴一滴一滴地从小孔正上方h h高处无初速度滴下，落到高处无初速度滴下，落到B B板后板后电荷全部传给电荷全部传给B B板，求：板，求：（1 1）第几滴液滴在）第几滴液滴在A A、B B间做匀速直线运动？间做匀速直线运动？（2 2）能够到达）能够到达B B板的液滴不会超过多少滴？板的液滴不会超过多少滴？hdAB电容动态变化电容动态变化练练5 5、一个质量为一个质量为m m、带有电量、带有电量qq的小物体，可在水平轨的小物体，可在水平轨道道OxOx上运动，上运动，O O端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处于匀端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处于匀强电场中，场强大小为强电场中，场强大小为E E，方向沿，方向沿OxOx轴正方向，如图所示，轴正方向，如图所示，小物体以速度小物体以速度v v0 0从从x x0 0点沿点沿OxOx轨道运动，运动时受到大小不轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力变的摩擦力F Ff f作用，而作用，而F Ff fqEqE；设小物体与墙壁碰撞时不损；设小物体与墙壁碰撞时不损失机械能，且电何量保持不变，求它在停止运动前所能过失机械能，且电何量保持不变，求它在停止运动前所能过的总路程的总路程s.s.x x0 0O Om mqqE Ex x变速直线运变速直线运练练6 6、光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正电荷光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正电荷Q Q为圆心的某为圆心的某一圆周交于一圆周交于B B、C C两点，质量为两点，质量为m m、带电量为、带电量为-q-q的有孔小球的有孔小球从杆上从杆上A A点无初速度下滑，已知点无初速度下滑，已知qQqQ，AB=hAB=h，小球滑到，小球滑到B B点点时的速度大小为时的速度大小为 ，求：，求：小球由小球由A A到到B B过程中电场力做的功。过程中电场力做的功。A A、C C两点间的电势差。两点间的电势差。A AB BC Cr r+Q+Q变速直线运变速直线运练练7 7、如图所示的电场中有如图所示的电场中有A A、B B两点，两点，A A、B B的电的电势差势差U UABAB100V100V，一个质量为，一个质量为m=m=2.0102.010-12-12kgkg、电量为电量为q=q=-5.010-5.010-8-8C C的带电粒子，以初速度的带电粒子，以初速度v0=3.0103.0103 3m/sm/s由由A A点运动到点运动到B B点，求粒子到达点，求粒子到达B B点时的速率。（不计粒子重力）点时的速率。（不计粒子重力）A A-v0B Bq为为负负变速直线运变速直线运dPM MN NdA AB B例例6 6如图带电粒子恰好到达如图带电粒子恰好到达N N，若将，若将A A板上移还能不板上移还能不能到达能到达N N？变速直线运变速直线运练8一束电子流，在U5000V的电场作用下获得一定速度后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示。若两板间距d1.0cm，板长l5.0cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？匀变速曲线运动匀变速曲线运动练练9 9、如图所示，两平行金属板如图所示，两平行金属板A A、B B竖直放置，间距为竖直放置，间距为d d，接在电动势为，接在电动势为E E的电池两端，一个质量为的电池两端，一个质量为m m、电量为、电量为q q的的带电小球，从两板中央由静止开始落下，试计算：带电小球，从两板中央由静止开始落下，试计算：（1 1）小球经过多少时间与极板相碰？）小球经过多少时间与极板相碰？（2 2）小球与极板相碰的位置距离金属）小球与极板相碰的位置距离金属 板上端多远？板上端多远？U U匀变速曲线运动匀变速曲线运动练练1010ABCDABCD是竖直放在是竖直放在E=10E=103 3v/mv/m的水平匀强电场中绝缘光的水平匀强电场中绝缘光滑轨道，滑轨道，BCDBCD上直径为上直径为20cm20cm的半圆环，的半圆环，AB=15cmAB=15cm，一质量，一质量m=10gm=10g，带电荷量，带电荷量q=10q=10-4-4 C C的小球由静止在电场力作用下的小球由静止在电场力作用下自自A A点沿轨道运动，求：点沿轨道运动，求：它运动到它运动到C C点速度多大？点速度多大？此时对轨道的压力多大？此时对轨道的压力多大？要使小球运动到要使小球运动到D D点，点，小球开始运动的位置小球开始运动的位置AA到少离开到少离开B B点多远？点多远？EA AB BC CD DO O圆周运动圆周运动附加附加1 1绝缘水平面上，相距为绝缘水平面上，相距为L L的的A A、B B两点处分别固定着两点处分别固定着两个等电量的正电荷，两个等电量的正电荷，a a、b b是是ABAB连线上的两点，其中连线上的两点，其中Aa=Bb=L/4Aa=Bb=L/4，O O不不ABAB连线的中点，一质量为连线的中点，一质量为m m、带电量为、带电量为+q+q的小滑块（可以看做质点）以初动能的小滑块（可以看做质点）以初动能E E0 0从从a a点出发，沿点出发，沿直线直线ABAB向向b b点运动，其中小滑块第一次经过点运动，其中小滑块第一次经过O O点时的动能点时的动能为初动能的为初动能的n n倍（倍（n n1 1），且到达），且到达b b点时动能恰好为零求：点时动能恰好为零求：（1 1）小滑块与水平面的动摩擦因数。）小滑块与水平面的动摩擦因数。（2 2）O O、b b两点间的电势差。两点间的电势差。A AB BLa ab bo o变速直线运变速直线运附加附加2细线长为细线长为L L下端拴一质量为下端拴一质量为m m的带电小球，电场强度的带电小球，电场强度大小为大小为E E，方向水平向右，已知小球平衡时偏角为，方向水平向右，已知小球平衡时偏角为。求：。求：小球的带电性和带电量？小球的带电性和带电量？如果使细线的偏角由如果使细线的偏角由增大到增大到22，然后将小球由静止释放，细线到达竖然后将小球由静止释放，细线到达竖直位置时，小球直位置时，小球的速度为多少？的速度为多少？E E圆周运动圆周运动附加附加3光滑圆环半径为光滑圆环半径为r r，珠子带正电质量为，珠子带正电质量为m m，珠子所受，珠子所受静电力是重力的静电力是重力的3/43/4，将珠子由，将珠子由A A点静止释放。求：点静止释放。求：（1 1）珠子所能获得的最大动能？）珠子所能获得的最大动能？（2 2）珠子动能最大时对圆环的压力多大？）珠子动能最大时对圆环的压力多大？（3 3）若要珠子完成一个完整的圆周运动，在）若要珠子完成一个完整的圆周运动，在A A点释放时，点释放时，要给珠子多大的初速度？要给珠子多大的初速度？r rE EAm圆周运动圆周运动附加附加4质量为质量为51051088 kg kg的带电微粒以的带电微粒以v v0 0=2m/s=2m/s的速度从水的速度从水平放置的平行金属板平放置的平行金属板A A、B B的中央飞入板间，如图所示，已的中央飞入板间，如图所示，已知板长知板长L=10cmL=10cm，板间距离，板间距离d=2cmd=2cm，当，当U UABAB=10=103 3v v时，带电微粒时，带电微粒恰好沿直线穿过板间，则恰好沿直线穿过板间，则ABAB间所加电压在什么范围内带电间所加电压在什么范围内带电微粒能从板间飞出？微粒能从板间飞出？ABv0匀变速曲线运动匀变速曲线运动