第六章第3单元电容器电场中带电粒子的运动.ppt
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1、一、电容器及其电容一、电容器及其电容1电容器电容器(1)组成:两个彼此组成:两个彼此且又且又的导体的导体(2)带电荷量:一个极板所带电荷量的带电荷量:一个极板所带电荷量的(3)充、放电充、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上等量的电荷的过程充电后,两极板上的电荷由于电荷的过程充电后,两极板上的电荷由于互相吸引而保存下来;两极板间有互相吸引而保存下来;两极板间有存在充电过程中存在充电过程中由电源获得的电能储存在电容器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,两极板放电:用导线将充电后的电容器
2、的两极板接通,两极板上的电荷上的电荷 的过程放电后的两极板间不再有电场,电的过程放电后的两极板间不再有电场,电场能转化为场能转化为的能量的能量绝缘绝缘相距很近相距很近绝对值绝对值异号异号电场电场中和中和其他形式其他形式2电容电容(1)定义:电容器所带的定义:电容器所带的Q与电容器两极板间的与电容器两极板间的U 的比值的比值(2)意义:表示电容器容纳电荷意义:表示电容器容纳电荷的物理量的物理量(3)定义式:定义式:C.(4)单位:单位:1法拉法拉(F)微法微法(F)皮法皮法(pF)电荷量电荷量电势差电势差本领本领10610123平行板电容器的电容平行板电容器的电容(1)决定因素:平行板电容器的电
3、容决定因素:平行板电容器的电容C跟板间电介质的相对介跟板间电介质的相对介电常数电常数r成成,跟正对面积,跟正对面积S成成,跟极板间的距离,跟极板间的距离d成成(2)决定式:决定式:C.(3)熟记两点熟记两点保持两极板与电源相连,则电容器两极板间保持两极板与电源相连,则电容器两极板间不变不变充电后断开电源,则电容器所带的充电后断开电源,则电容器所带的不变不变正比正比正比正比反比反比电压电压电荷量电荷量(1)电容由电容器本身决定,与极板的带电容由电容器本身决定,与极板的带电情况无关电情况无关(2)公式公式C是电容的定义式,对任何电容器都适用是电容的定义式,对任何电容器都适用公式公式C是平行板电容器
4、的决定式,只对平行板电是平行板电容器的决定式,只对平行板电容器适用容器适用二、带电粒子在电场中的运动二、带电粒子在电场中的运动1带电粒子在电场中的加速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力对带电粒子做的功等于带电粒子的增量的增量(1)在匀强电场中:在匀强电场中:WqUmv2mv02.(2)在非匀强电场中:在非匀强电场中:Wmv2mv02.动能动能qEdqU2带电粒子在电场中的偏转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,做类带电粒子以垂直匀强电场的场强方向进入电场
5、后,做类平抛运动,轨迹为抛物线平抛运动,轨迹为抛物线垂直于场强方向做垂直于场强方向做运动:运动:vxv0,xv0t.平行于场强方向做初速度为零的平行于场强方向做初速度为零的运动:运动:匀速直线匀速直线匀加速直线匀加速直线vyat,yat2,A.侧移距离:侧移距离:y,偏转角:偏转角:arctan,如图,如图631所示所示图图631三、示波管三、示波管1示波管装置示波管装置示波管由示波管由、和和组成,管内抽组成,管内抽成真空如图成真空如图632所示所示电子枪电子枪偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏图图 6322工作原理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示波器是可以用来观察电信号随时
6、间变化情况的一种电子仪器如果在偏转电极电子仪器如果在偏转电极XX上加横向扫描电压,同上加横向扫描电压,同时在偏转电极时在偏转电极YY上加所要研究的信号电压,电子束随上加所要研究的信号电压,电子束随信号电压的变化纵向做竖直方向的扫描,其周期与偏信号电压的变化纵向做竖直方向的扫描,其周期与偏转电极转电极XX的扫描电压的周期的扫描电压的周期,在荧光屏上就显,在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线示出信号电压随时间变化的图线相同相同1.运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化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确定不变量,分
7、析是电压不变还是所带电荷量不变(2)用决定式用决定式C分析平行板电容器电容的变化分析平行板电容器电容的变化(3)用定义式用定义式C分析电容器所带电荷量或两极板间电分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化压的变化(4)用用E分析电容器极板间场强的变化分析电容器极板间场强的变化2电容器两类问题比较电容器两类问题比较分分类类充充电电后与后与电电池两极相池两极相连连 充充电电后与后与电电池两极断开池两极断开不不变变量量UQd变变大大C变变小小Q变变小小E变变小小C变变小小U变变大大E不不变变S变变大大C变变大大Q变变大大E不不变变C变变大大U变变小小E变变小小变变大大C变变大大Q变变大大E不不变变C变
8、变大大U变变小小E变变小小(2009福建高考福建高考)如如图图633所示,平行板电容器所示,平行板电容器与电动势为与电动势为E的直流电源的直流电源(内阻不内阻不计计)连接,下极板接地一带电连接,下极板接地一带电油滴位于电容器中的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带电油滴将沿竖直方向向上运动BP点的电势将降低点的电势将降低C带电油滴的电势能将减小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若电容器的电容减小,则极板带电
9、荷量将增大图图633根据公式根据公式C判断电容的变化,根据判断电容的变化,根据 C判断电荷量的变化,根据判断电荷量的变化,根据UEd判断判断电场强度和电势的变化电场强度和电势的变化听课记录听课记录上极板向上移动一小段距离后,板间电压不上极板向上移动一小段距离后,板间电压不变,仍为变,仍为E,故电场强度将减小,油滴所受电场力减小,故油,故电场强度将减小,油滴所受电场力减小,故油滴将向下运动,滴将向下运动,A错;错;P点的电势大于点的电势大于0,且,且P点与下极板间的点与下极板间的电势差减小,所以电势差减小,所以P点的电势减小,点的电势减小,B对;两极板间电场方向对;两极板间电场方向竖直向下,所以
10、竖直向下,所以P点的油滴应带负电,当点的油滴应带负电,当P点电势减小时,油点电势减小时,油滴的电势能应增加,滴的电势能应增加,C错;电容器的电容错;电容器的电容C,由于,由于d增增大,电容大,电容C应减小,极板带电荷量应减小,极板带电荷量QCE将减小,将减小,D错错答案答案B名师归纳名师归纳在分析平行板电容器的电容及其他参量在分析平行板电容器的电容及其他参量的动态变化时,要注意两个方面:的动态变化时,要注意两个方面:(1)确定不变量;确定不变量;(2)选择合适的公式分析选择合适的公式分析1.研究对象研究对象(1)基本粒子:如电子、质子、基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等除有说明或有粒子、离子
11、等除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量但并不忽略质量)(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明确的暗示以外,一般都不能忽略重力2带电粒子的加速及处理方法带电粒子的加速及处理方法(1)运动状态分析:带电粒子沿与电场线平行的方向运动状态分析:带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一直线上,做匀加速直线运动直线上,做匀加速直线运动(2)用功能观点分析:粒子动能的变化量等于电
12、场力对用功能观点分析:粒子动能的变化量等于电场力对它所做的功它所做的功(电场可以是匀强或非匀强电场电场可以是匀强或非匀强电场)若粒若粒子的初速度为零,则:子的初速度为零,则:qUmv2v;若粒子的初速度不为零,则:若粒子的初速度不为零,则:qUmv2 mv02v.(19分分)(2009福建高考福建高考)如图如图634甲所示,甲所示,在水平地面上固定一倾角为在水平地面上固定一倾角为的光滑绝缘斜面,斜面处于电的光滑绝缘斜面,斜面处于电场强度大小为场强度大小为E、方向沿斜面向下的匀强电场中一劲度系、方向沿斜面向下的匀强电场中一劲度系数为数为k的绝缘轻质弹簧的一端固定在斜面底端,整根弹簧处的绝缘轻质弹
13、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于自然状态一质量为m、带电荷量为、带电荷量为q(q0)的滑块从距的滑块从距离弹簧上端为离弹簧上端为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,重力加速度大小为处在弹性限度内,重力加速度大小为g图图634(1)求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间时间t1;(2)若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最
14、大速度大小为小为vm,求滑块从静止释放到速度大小为,求滑块从静止释放到速度大小为vm的过程中弹簧的的过程中弹簧的弹力所做的功弹力所做的功W;(3)从滑块静止释放瞬间开始计时,请在图从滑块静止释放瞬间开始计时,请在图633乙中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vt图象图中横坐标轴上的图象图中横坐标轴上的t1、t2及及t3分别表示滑块第一次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,纵坐标轴上的零的时刻,纵坐标轴上的v1为滑块在为滑块在t1时
15、刻的速度大小,时刻的速度大小,vm是题中所指的物理量是题中所指的物理量本题考查匀变速直线运动规律、共点力的平衡、动本题考查匀变速直线运动规律、共点力的平衡、动能定理、牛顿运动定律等知识,解答时要分阶段应能定理、牛顿运动定律等知识,解答时要分阶段应用不同的规律列方程求解用不同的规律列方程求解.满分指导满分指导(1)滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中做初速度为零的匀加速直线运动,设加速度大小为程中做初速度为零的匀加速直线运动,设加速度大小为a,则有,则有 qEmgsinma (2分分)s0at12(2分分)联立联立可得可得 t1(2分分)(2)滑块速度最大时受力平
16、衡,设此时弹簧压缩量为滑块速度最大时受力平衡,设此时弹簧压缩量为x0,则有,则有mgsinqEkx0(3分分)从静止释放到速度达到最大的过程中,由动能定理得从静止释放到速度达到最大的过程中,由动能定理得(mgsinqE)(s0 x0)Wmvm20(3分分)联立联立可得可得Wmvm2(mgsinqE)(s0)(3分分)(3)如图如图635所示所示(4分分)图图635答案答案(1)(2)mvm2(mgsinqE)(s0)(3)如图如图635所示所示名师归纳名师归纳讨论带电粒子在电场中做直线运动讨论带电粒子在电场中做直线运动(加加速或减速速或减速)的方法:的方法:(1)能量方法能量方法能量守恒定律;
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