2014新课标高考物理一轮总复习课件第六章静电场第3单元静电现象电容器带电粒子的运动.ppt

静电现象 想一想 如图631所示，绝缘开口金属球壳A 已带电，现把验电器甲的小金属球与A 球壳的内壁用导线相连，另外把一绝缘的金属小球B 与球壳A 的内壁相接触后再与验电器乙的金属小球相接触，验电器乙距球壳A 足够远，那么验电器甲和乙的金属箔片是否张开？图631提示：处于静电平衡的金属球壳，由于电荷间的相互排斥的作用力，电荷间的距离尽量变大，所以电荷分布在金属球壳的外表面上，在金属球壳的内表面没有净电荷的分布。验电器甲与A 球壳相连时，与金属球壳构成一个导体，相当于金属球壳的远端，则带有电荷，从而使金属箔片张开；同理，得出验电器乙不会带电，故金属箔片不张开。记一记 1静电平衡(1)概念：导体中(包括表面)没有电荷的 的状态。定向移动处处为零等势面垂直外表面 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 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 的现象。腔内空间电荷中和 试一试1电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是()A 铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织B 电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电势保持为零，对人体起保护作用C 电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用D 铜丝必须达到一定厚度，才能对人体起到保护作用解析：金属壳可以起到静电屏蔽的作用，使壳内部不受外部电场的影响。答案：C 电容和电容器 想一想 如图632所示的实验装置中，平行板电容器的极板A 与一灵敏的静电计相接，极板B 接地，若极板B 向上移动一点，由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论的依据是什么？图632 记一记 1电容器(1)组成：两个彼此绝缘且又相距很近的。(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异号电荷的过程。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，电场能转化为其他形式的能量。导体绝对值电场中和 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 的物理量。(3)定义式：。(4)单位：1法拉(F)微法(F)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 跟板间电介质的相对介电常数r成，跟正对面积S 成，跟极板间的距离d成。(2)决定式：。电荷量Q电势差U容纳电荷本领1061012正比 正比反比 试一试2图633是一种通过测量电容器电容的变化，来检测液面高低的仪器原理图，电容器的两个电极分别用导线接到指示器上，指示器可显示电容的大小，下列关于该仪器的说法中正确的有()图633A 该仪器中电容器的两个电极分别是芯柱和导电液体B 芯柱外套的绝缘管越厚，该电容器的电容越大C 如果指示器显示出电容增大了，则说明容器中液面升高了D 如果指示器显示出电容减小了，则说明容器中液面升高了解析：类似于平行板电容器的结构：芯柱和导电液体构成电容器的两块电极，芯柱的绝缘层就是极间的电介质，其厚度d相当于两平行板间的距离，进入液体深度h 相当于两平行板的相对面积(且h 越大，S 越大)，所以d大时C 就小，若C 大时就表明h 大，正确答案为AC 项。答案：AC 带电粒子在电场中的运动 想一想 如图634所示，在点电荷Q 的电场中有A、B 两点，将质子和 粒子分别从A 点由静止释放到达B 点时，它们的速度大小之比为多少？图634超链接 记一记 1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 qEd qU。(2)在非匀强电场中：W qU。动能2带电粒子在匀强电场中的偏转(1)研究情况：带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场。(2)运动形式：类平抛运动(3)处理方法：应用运动的合成与分解。沿电场方向，做初速度为零的 运动。沿初速度方向做 运动，运动时间t。匀速直线匀加速直线 试一试图635A 11 B 12C 21 D 14答案：B 示波管 想一想 一台正常工作的示波管，突然发现荧光屏上画面的高度缩小，则产生故障的原因可能是什么？记一记 1构造，偏转极板，荧光屏。(如图636所示)电子枪图636 2工作原理(1)YY 上加的是待显示的，XX 上是机器自身产生的锯齿形电压，叫做。(2)观察到的现象：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运动，打在荧光屏，在那里产生一个亮斑。若所加扫描电压和 的周期相等，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。信号电压扫描电压中心信号电压 试一试4示波器是一种多功能电学仪器，它是由加速电场和偏转电场组成。如图637所示，电子在电压为U1的电场中由静止开始加速，然后射入电压为U2的平行金属板间的电场中，入射方向与极板平行，在满足电子能射出平行电场区的条件下，下述情况一定能使电子偏转角度 变大的是()图637A U1变大，U2变大 B U1变小，U2变大C U1变大，U2变小 D U1变小，U2变小答案：B 平行板电容器的动态问题分析 1.运用电容器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。2两类动态问题分析比较(1)第一类动态变化：两极板间电压U 恒定不变(2)第二类动态变化：电容器所带电荷量Q 恒定不变 例1 如图638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图638 答案 B平行板电容器的动态分析问题常见的类型带电体在电场中的平衡与加速 1.带电粒子在电场中运动时重力的处理(1)基本粒子：如电子、质子、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带电粒子在电场中的平衡 解题步骤：选取研究对象，进行受力分析，注意电场力的方向特点。由平衡条件列方程求解。3带电粒子在电场中的变速直线运动 可用运动学公式和牛顿第二定律求解或从功能角度用动能定理或能量守恒定律求解。例2(2012 济南模拟)如图639所示，一带电荷量为q、质量为m 的小物块处于一倾角为37 的光滑斜面上，当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中，小物块恰好静止。重力加速度取g，sin 37 0.6，cos 37 0.8。求：(1)水平向右电场的电场强度；图639(3)电场强度变化后物块下滑距离L 时的动能。审题指导第一步：抓关键点第二步：找突破口(1)要求“电场强度”应根据平衡条件求解。(2)要求“加速度”应用牛顿第二定律求解。(3)要求“动能”应用动能定理或功能关系求解。受力平衡 恰好静止不计摩擦 光滑斜面获取信息 关键点(3)电场强度变化后物块下滑距离L 时，重力做正功，电场力做负功，由动能定理得mgLsin 37 qELcos 37 Ek0 可得Ek0.3mgL带电体在电场中运动的分析方法 与力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速；是直线还是曲线)；然后选用恰当的规律解题。也可以从功和能的角度分析：带电体的加速(含偏转过程中速度大小的变化)过程是其他形式的能和动能之间的转化过程。解决这类问题，可以用动能定理或能量守恒定律。带电粒子在匀强电场中的偏转问题 1.两个结论 2带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系 例3(2012 云南名校联考)如图6310所示直流电源的路端电压U 182V。金属板AB、CD、EF、GH相互平行、彼此靠近。它们分别和变阻器上的触点a、b、c、d连接。变阻器上ab、bc、cd 段电阻之比为123。孔O1正对B 和E，孔O2正对D 和G。边缘F、H 正对。一个电子以初速度v04106m/s沿AB 方向从A 点进入电场，恰好穿过孔O1和O2后，从H 点离开电场。金属板间的距离L12 cm，L24 cm，L36 cm。电子质量me9.11031 kg，电量q1.61019C。正对两平行板间可视为匀强电场，求：图6310(1)各相对两板间的电场强度。(2)电子离开H 点时的动能。(3)四块金属板的总长度(AB CD EF GH)。答案(1)1 516.67 N/C(2)3.641017 J(3)0.24 m带电粒子在电场中运动问题的两种求解思路 1运动学与动力学观点(1)运动学观点是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，一般有两种情况：带电粒子初速度方向与电场线共线，则粒子做匀变速直线运动；带电粒子的初速度方向垂直电场线，则粒子做匀变速曲线运动(类平抛运动)。(2)当带电粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一般要采取类似平抛运动的解决方法。2功能观点：首先对带电体受力分析，再分析运动形式，然后根据具体情况选用公式计算。(1)若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量。(2)若选用能量守恒定律，则要分清带电体在运动中共有多少种能量参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的。高考对带电粒子在电场中的运动问题的考查频率很高，题目通常结合力学知识和电学知识综合考查，主要考查辨析能力和综合分析能力，题目难度中等偏上，考生得分一般较低。超链接图6311(1)求弹簧枪对小物体所做的功；(2)在斜轨上小物体能到达的最高点为P，求CP 的长度。第一步：审题干，抓关键信息电场力的方向改变，物体与斜面的正压力改变，摩擦力大小改变，物体的加速度改变无碰撞，没有能量损失摩擦不计获取信息 关键点可应用牛顿第二定律确定电场改变前后的加速度的大小，再应用运动学公式求解 第三步：三定位，将解题过程步骤化 第四步：求规范，步骤严谨不失分 考生易犯错误(1)在中因三角函数弄错而失6分。(2)在中不能正确的受力分析，而在计算摩擦力时出错，失6分。(3)在中因不明确物体在两运动阶段的内在联系而不能正确列方程，失5分。名师叮嘱(1)带电体运动的过程若包含多个运动阶段，要分段处理。(2)对带电体在不同运动阶段进行正确的受力分析，求加速度。(3)找出各阶段的内在联系，如速度关系，位移关系，能量关系等。随堂巩固落实1(2012 江苏高考)一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C 和两极板间的电势差U 的变化情况是()A C 和U 均增大 B C 增大，U 减小C C 减小，U 增大 D.C 和U 均减小答案：B 2(2012 浙江联考)如图6312所示，在某一真空中，只有水平向右的匀强电场和竖直向下的重力场，在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒，恰能沿图示虚线由A 向B 做直线运动。那么()A 微粒带正、负电荷都有可能B 微粒做匀减速直线运动C 微粒做匀速直线运动D 微粒做匀加速直线运动图6312解析：微粒做直线运动的条件是速度方向和合外力的方向在同一条直线上，只有微粒受到水平向左的电场力才能使得合力方向与速度方向相反且在同一条直线上，由此可知微粒所受的电场力的方向与场强方向相反，则微粒必带负电，且运动过程中微粒做匀减速直线运动，故B 正确。答案：B 3(2012 兰州诊断)如图6313所示，一电子枪发射出的电子(初速度很小，可视为零)进入加速电场加速后，垂直射入偏转电场，射出后偏转位移为Y，要使偏转位移增大，下列哪些措施是可行的(不考虑电子射出时碰到偏转电极板的情况)()A 增大偏转电压UB 增大加速电压U0C 增大偏转极板间距离D 将发射电子改成发射负离子 图6313答案：A 4(2012 福州质检)电场中某三条等势线如图6314实线a、b、c 所示。一电子仅在电场力作用下沿直线从P 运动到Q，已知电势abc，这一过程电子运动的v t 图象可能是下列各图中的()图6314图6315解析：由图可知，此电场为非匀强电场，且Q 点处电场强度小于P 点处电场强度，电子仅在电场力作用下沿直线从P 运动到Q，做加速度越来越小的加速运动，这一过程电子运动的v t 图象可能是A。答案：A 5(2013 潍坊联考)如图6316所示，用长为l 的绝缘细线拴一个质量为m、带电量为q的小球(可视为质点)后悬挂于O 点，整个装置处于水平向右的匀强电场E中。将小球拉至使悬线呈水平的位置A 后，由静止开始将小球释放，小球从A 点开始向下摆动，当悬线转过60 角到达位置B 时，速度恰好为零。求：(1)B、A 两点的电势差UBA(2)电场强度E。图6316课时跟踪检测见“课时跟踪检测（二十五）”（给有能力的学生加餐）1(2012 开封二模)空间某一静电场的电势 随x变化情况如图1所示，下列说法中正确的是()A 空间各点场强的方向均与x轴垂直B 电荷沿x轴从O 移到x1的过程中，电场力不做功C 正电荷沿x轴从x1移到x2的过程中，电场力做正功，电势能减小D 负电荷沿x轴从x1移到x2的过程中，电场力做负功，电势能增加图1解析：因沿x轴电势在不断变化，故除x2点外，空间各点场强的方向均不与x轴垂直，选项A 错误；电荷沿x轴从O 移到x1的过程中，电势不断减小，电势能不断变化，故电场力做功，选项B 错误；正电荷沿x轴从x1移到x2的过程中，电场力做正功，电势能减小，负电荷沿x轴从x1移到x2的过程中，电场力做负功，电势能增加，选项CD 正确。答案：CD 2(2012 黄冈期末)如图2所示，在竖直向下的匀强电场中，有a、b、c、d四个带电质点，各以水平向左、水平向右、竖直向下和竖直向上的速度做匀速直线运动，不计质点间的相互作用力，则有()A c、d带异种电荷B a、b带同种电荷且电势能均不变C d的电势能减小，重力势能增大D c 的电势能增大，机械能减小图2解析：各个质点所受重力均向下，要使它们分别以水平向左、水平向右、竖直向下和竖直向上的速度做匀速直线运动，所受电场力均向上，各个质点均带负电，且与重力平衡，选项A 错误；a、b沿等势面运动，带同种电荷且电势能均不变，选项B 正确；d竖直向上运动，电场力做正功，d的电势能减小，重力势能增大，选项C 正确；c 竖直向下运动，电场力做负功，电势能增大，重力势能减小，机械能减小，选项D 正确。答案：BCD 3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，待在汽车里比待在木屋里要危险解析：本题考查电学知识在生活中的应用，意在考查学生将电学知识应用在生活实践中的能力。电工穿绝缘衣容易产生大量的静电，反而比较危险，A 选项错误。汽油和塑料油桶会摩擦起电，因为塑料是绝缘材料，不能把电传走，所以塑料油桶内产生火花导致塑料油桶爆炸，故B 选项正确。小鸟停在单根高压输电线上时，加在小鸟两腿间的电压非常小，小鸟不会被电死，C 选项错。打雷时，待在汽车里，汽车的金属外壳起到屏蔽的作用，木屋淋雨后会变成导体，所以待在汽车里比待在木屋里要安全，D 选项错。答案：B 图3A 同时到达屏上同一点B 先后到达屏上同一点C 同时到达屏上不同点D 先后到达屏上不同点答案：B 5.(2012 武汉检测)如图4所示，矩形区域ABCD 内存在竖直向下的匀强电场，两个带正电的粒子a和b以相同的水平速度射入电场，粒子a由顶点A 射入，从BC 的中点P 射出，粒子b由AB 的中点O射入，从顶点C 射出。若不计重力，则a和b的比荷(即粒子的电荷量与质量之比)是()图4A 12 B 21C 18 D 81答案：D 6.如图5所示，水平放置的平行板电容器与一直流电源相连，在两板中央有一带电液滴处于静止状态。现通过瞬间平移和缓慢平移两种方法将A 板移到图中虚线位置。下列关于带电液滴运动的说法中正确的是()A 上述两种方法中，液滴都向B 板做匀加速直线运动B 采用瞬间平移的方法，液滴运动到B 板经历的时间短C 采用缓慢平移的方法，液滴运动到B 板时速度大D 采用缓慢平移的方法，液滴运动到B 板过程中电场力做功多图5解析：瞬间平移使带电液滴加速度突然增大立即做匀加速运动，而缓慢平移至虚线位置这一阶段，带电液滴电场力缓慢增大，加速度也缓慢增大，到达虚线位置以后才开始做匀加速运动，所以瞬间平移使带电液滴到达B板的时间短，做功多，速度大，故答案为B。答案：B 7如图6所示，真空中水平放置的两个相同极板Y 和Y 长为L，相距为d，足够大的竖直屏与两板右侧相距为b。在两板间加上可调偏转电压U，一束质量为m、带电荷量为q的粒子(不计重力)从两板左侧中点A 以初速度v0沿水平方向射入电场且能穿出。(1)证明粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心O 点；(2)求两板间所加偏转电压U 的范围；(3)求粒子可能到达屏上区域的长度。图6