人教版高三物理总复习优质课件-静电场-第三节-电容器与电容-带电粒子在电场中的运动.pptx

1、第第3 3节电容器与电容带电粒子节电容器与电容带电粒子在电场中的运动在电场中的运动物理物理积累必备知识积累必备知识提升关键能力提升关键能力积累必备知识积累必备知识一、电容器及电容一、电容器及电容1.1.电容器电容器(1)(1)组成组成:由两个彼此由两个彼此 又相互靠近的导体组成。又相互靠近的导体组成。(2)(2)带电荷量带电荷量:一个极板所带电荷量的一个极板所带电荷量的 。(3)(3)电容器的充、放电电容器的充、放电充电充电:使电容器带电的过程使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的充电后电容器两极板带上等量的 ,电容器中储存电场能。电容器中储存电场能。放电放电:使充电后的电容器失去电

2、荷的过程使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中放电过程中 转化为其转化为其他形式的能。他形式的能。教材梳理教材梳理绝缘绝缘绝对值绝对值异种电荷异种电荷电场能电场能2.2.电容电容(1)(1)定义定义:电容器所带的电容器所带的 与电容器两极板间的与电容器两极板间的 的比值。的比值。(2)(2)定义式定义式:。(3)(3)单位单位:法拉法拉(F)(F)、微法、微法(F F)、皮法、皮法(pF)(pF)。1 F=1 F=F F=pFpF。(4)(4)意义意义:表示电容器表示电容器 本领的高低。本领的高低。(5)(5)决定因素决定因素:由电容器本身物理条件由电容器本身物理条件(大小、形状、相对位置

3、及电介质大小、形状、相对位置及电介质)决决定定,与电容器是否与电容器是否 及及 无关。无关。3.3.平行板电容器的电容平行板电容器的电容(1)(1)决定因素决定因素:极板的极板的 ,电介质的相对介电常数电介质的相对介电常数,两板间的距离。两板间的距离。电荷量电荷量电势差电势差10106 610101212容纳电荷容纳电荷带电带电电压电压正对面积正对面积二、带电粒子在电场中的运动二、带电粒子在电场中的运动1.1.加速加速qEdqEdqUqU2.2.偏转偏转(1)(1)运动情况运动情况:如果带电粒子以初速度如果带电粒子以初速度v v0 0垂直场强方向进入匀强电场中垂直场强方向进入匀强电场中,则带则

4、带电粒子在电场中做类平抛运动电粒子在电场中做类平抛运动,如图所示。如图所示。(2)(2)处理方法处理方法:将粒子的运动分解为沿初速度方向的将粒子的运动分解为沿初速度方向的 运动和沿电场运动和沿电场力方向的力方向的 运动。根据运动。根据 的知识解决有关问题。的知识解决有关问题。匀速直线匀速直线匀加速直线匀加速直线 运动的合成与分解运动的合成与分解三、示波管三、示波管1.1.示波管的构造示波管的构造电子枪电子枪,荧光屏荧光屏(如图所示如图所示)偏转电极偏转电极2.2.示波管的工作原理示波管的工作原理(1)YY(1)YY偏转电极上加的是待显示的偏转电极上加的是待显示的 ,XX,XX偏转电极上是仪偏转

5、电极上是仪器自身产生的锯齿形电压器自身产生的锯齿形电压,叫做叫做 。(2)(2)观察到的现象观察到的现象如果在偏转电极如果在偏转电极XXXX和和YYYY之间都没有加电压之间都没有加电压,则电子枪射出的电子沿则电子枪射出的电子沿直线运动直线运动,打在荧光屏打在荧光屏 ,在那里产生一个亮斑。在那里产生一个亮斑。若所加扫描电压和若所加扫描电压和 的周期相等的周期相等,就可以在荧光屏上得到待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。测信号在一个周期内变化的稳定图象。信号电压信号电压 扫描电压扫描电压中心中心信号电压信号电压情境探究情境探究1.1.如图所示为某一机器人上的电容式位移传感器工

6、作时的简化模型图。当如图所示为某一机器人上的电容式位移传感器工作时的简化模型图。当被测物体在左右方向发生位移时被测物体在左右方向发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动电介质板随之在电容器两极板之间移动,连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化,进而能测出电容的变化进而能测出电容的变化,最最后就能探测到物体位移的变化后就能探测到物体位移的变化,若静电计上的指针偏角为若静电计上的指针偏角为,被测物体向左被测物体向左移动时移动时,怎样变化怎样变化?2.2.如图所示是高压电场干燥中药技术基本原理图如图所示是高压电场干燥中药技术基本原理图,在一个很大的导体

7、板在一个很大的导体板MNMN上铺一薄层中药材上铺一薄层中药材,针状电极针状电极O O和平板电极和平板电极MNMN接高压直流电源接高压直流电源,其间产生较其间产生较强的电场。水分子是极性分子强的电场。水分子是极性分子,可以看成棒状带电体可以看成棒状带电体,一端带正电一端带正电,另一端另一端带等量负电。水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去带等量负电。水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去,被鼓被鼓风机送出的水平微风裹挟着飞离电场区域。图中虚线风机送出的水平微风裹挟着飞离电场区域。图中虚线ABCDABCD是某一水分子从是某一水分子从A A处由静止开始的运动轨迹。回答下列问题处由静止

8、开始的运动轨迹。回答下列问题:(1)(1)水分子运动中受到的电场力怎样变化水分子运动中受到的电场力怎样变化?答案答案:根据电场线疏密可以判断电场强弱根据电场线疏密可以判断电场强弱,D,D点电场线最密点电场线最密,电场强度最强电场强度最强,所以所以D D点受电场力最大点受电场力最大,水分子运动过程中所受电场力越来越大。水分子运动过程中所受电场力越来越大。(2)(2)水分子运动中电势能怎样变化水分子运动中电势能怎样变化?答案答案:水分子从静止开始运动水分子从静止开始运动,电场力做正功电场力做正功,电势能减小。电势能减小。(3)(3)水分子的轨迹水分子的轨迹ABCDABCD是一条抛物线吗是一条抛物线

9、吗?答案答案:因为电场不是匀强电场因为电场不是匀强电场,所以水分子受力方向一直在变所以水分子受力方向一直在变,所以不是类所以不是类平抛运动平抛运动,轨迹不是抛物线。轨迹不是抛物线。3.3.如图所示是示波器的原理示意图如图所示是示波器的原理示意图,电子经电压为电子经电压为U U1 1的加速电场加速后的加速电场加速后,进进入电压为入电压为U U2 2的偏转电场的偏转电场,离开偏转电场后打在荧光屏上的离开偏转电场后打在荧光屏上的P P点。点。P P点与点与O O点的点的距离叫偏转距离。要提高示波器的灵敏度的办法有哪些距离叫偏转距离。要提高示波器的灵敏度的办法有哪些?答案答案:要提高灵敏度可以降低加速

10、电压要提高灵敏度可以降低加速电压,也可以增加偏转极板长度也可以增加偏转极板长度,增大偏增大偏转极板与荧光屏的距离转极板与荧光屏的距离,减小偏转极板间的距离。减小偏转极板间的距离。提升关键能力提升关键能力考点一平行板电容器的动态分析问题考点一平行板电容器的动态分析问题1.1.(电容器充电后与电源断开电容器充电后与电源断开)(多选多选)如图所示如图所示,平行板电容器充电后与电源断开平行板电容器充电后与电源断开,两两个极板为个极板为A A、B,BB,B板接地板接地,A,A板带电荷量板带电荷量+Q,+Q,板间电场有一固定点板间电场有一固定点P,P,若将若将B B板固定板固定,A,A板下板下移一些移一些

11、,或将或将A A板固定板固定,B,B板上移一些板上移一些,在这两种情况中在这两种情况中,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.AA.A板下移时板下移时,P,P点的电场强度不变点的电场强度不变,P,P点电势不变点电势不变B.AB.A板下移时板下移时,P,P点的电场强度不变点的电场强度不变,P,P点电势升高点电势升高C.BC.B板上移时板上移时,P,P点的电场强度减小点的电场强度减小,P,P点电势降低点电势降低D.BD.B板上移时板上移时,P,P点的电场强度不变点的电场强度不变,P,P点电势降低点电势降低多维训练多维训练ADADC C2 2.(.(电容器与电源相连电容器与电源相连)工业生产纺织品

12、、纸张等绝缘材料时为了实时监控工业生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度其厚度,通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。其中通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。其中A A、B B为平行板电为平行板电容器的上、下两个极板容器的上、下两个极板,上下位置均固定上下位置均固定,且分别接在恒压直流电源的两极且分别接在恒压直流电源的两极上上(电源电压小于材料的击穿电压电源电压小于材料的击穿电压)。当流水线上通过的产品厚度减小时。当流水线上通过的产品厚度减小时,下下列说法正确的是列说法正确的是()A.AA.A、B B平行板电容器的电容增大平行板电容器的电容增大B.AB.A、B B两板上的电荷量变

13、大两板上的电荷量变大C.C.有电流从有电流从a a向向b b流过灵敏电流计流过灵敏电流计D.AD.A、B B两板间的电场强度变大两板间的电场强度变大ADAD3 3.(.(多选多选)如图如图,某电容器由两水平放置的半圆形金属板组成某电容器由两水平放置的半圆形金属板组成,板间为真空。板间为真空。两金属板分别与电源两极相连两金属板分别与电源两极相连,下极板固定下极板固定,上极板可以绕过圆心且垂直于上极板可以绕过圆心且垂直于半圆面的轴转动。起初两极板边缘对齐半圆面的轴转动。起初两极板边缘对齐,然后上极板转过然后上极板转过1010,并使两极板并使两极板间距减小到原来的一半。假设变化前后均有一电子由静止从

14、上极板运动到间距减小到原来的一半。假设变化前后均有一电子由静止从上极板运动到下极板。忽略边缘效应下极板。忽略边缘效应,则下列说法正确的是则下列说法正确的是()练后总结练后总结(1)(1)两类典型问题两类典型问题电容器始终与恒压电源相连电容器始终与恒压电源相连,电容器两极板间的电势差电容器两极板间的电势差U U保持不变。保持不变。电容器充电后与电源断开电容器充电后与电源断开,电容器两极板所带的电荷量电容器两极板所带的电荷量Q Q保持不变。保持不变。考点二带电粒子在电场中的直线运动考点二带电粒子在电场中的直线运动1.1.带电粒子带电粒子(体体)在电场中运动时是否考虑重力的处理方法在电场中运动时是否

15、考虑重力的处理方法(1)(1)基本粒子基本粒子:如电子、质子、如电子、质子、粒子、离子等粒子、离子等,除有说明或明确的暗示以外除有说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力一般都不考虑重力(但并不忽略质量但并不忽略质量)。(2)(2)带电颗粒带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外除有说明或有明确的暗示以外,一般都要考虑重力。一般都要考虑重力。2.2.做直线运动的条件做直线运动的条件(1)(1)粒子所受合外力粒子所受合外力F F合合=0=0时时,粒子静止或做匀速直线运动。粒子静止或做匀速直线运动。(2)(2)粒子所受合外力粒子所受合外力F F合合0

16、,0,且与初速度方向在同一条直线上时且与初速度方向在同一条直线上时,带电粒子将做带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。匀加速直线运动或匀减速直线运动。例题例题 如图所示如图所示,三块平行放置的带电金属薄板三块平行放置的带电金属薄板A A、B B、C C中央各有一小孔中央各有一小孔,小孔分别位于小孔分别位于O O、M M、P P点。由点。由O O点静止释放的电子恰好能运动到点静止释放的电子恰好能运动到P P点。现将点。现将C C板向右平移到板向右平移到P P点点,则由则由O O点静止释放的电子点静止释放的电子()A.A.运动到运动到P P点返回点返回B.B.运动到运动到P P和和P P点之

17、间返回点之间返回C.C.运动到运动到P P点返回点返回D.D.穿过穿过P P点点A A练后总结练后总结解决带电粒子在电场中的运动问题解决带电粒子在电场中的运动问题,关键是要运用动能定理处理关键是要运用动能定理处理,注意在电注意在电荷量不变的条件下荷量不变的条件下,改变极板间的距离改变极板间的距离,电场强度不变。电场强度不变。能力演练能力演练11(多选多选)如图所示如图所示,一个质量为一个质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的带正电油滴的带正电油滴,在平在平行于纸面的匀强电场中由静止沿斜向右下方做直线运动行于纸面的匀强电场中由静止沿斜向右下方做直线运动,其轨迹与竖直方向其轨迹与竖直方向的夹角为

18、的夹角为,重力加速度大小为重力加速度大小为g,g,不计空气阻力不计空气阻力,则下列判断正确的是则下列判断正确的是()CDCD 能力演练能力演练2 2 如图所示如图所示,金属板金属板A A、B B水平放置水平放置,两板中央有小孔两板中央有小孔S S1 1、S S2 2,A,A、B B与直流电源连接。闭合开关与直流电源连接。闭合开关,从从S S1 1孔正上方孔正上方O O处由静止释放一带电小球处由静止释放一带电小球,小小球刚好能到达球刚好能到达S S2 2孔孔,不计空气阻力不计空气阻力,要使此小球从要使此小球从O O点由静止释放后穿过点由静止释放后穿过S S2 2孔孔,应应()A.A.仅上移仅上移

19、A A板适当距离板适当距离B.B.仅下移仅下移A A板适当距离板适当距离C.C.断开开关断开开关,再上移再上移A A板适当距离板适当距离D.D.断开开关断开开关,再下移再下移A A板适当距离板适当距离D D考点三带电粒子在电场中的偏转考点三带电粒子在电场中的偏转1.1.带电粒子在匀强电场中偏转的两个关键分析带电粒子在匀强电场中偏转的两个关键分析条件条件分析分析不计重力不计重力,且带电粒子的初速度且带电粒子的初速度v v0 0与电场方向垂直与电场方向垂直,则带则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动运动运动分析分析一般用分解的思想来处理一般用分解的

20、思想来处理,即将带电粒子的运动分解为沿即将带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动匀速直线运动2.2.带电粒子在电场中的偏转规律带电粒子在电场中的偏转规律3.3.两个结论两个结论(1)(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时时,偏移量偏移量y y0 0和偏转角和偏转角总是相同的。总是相同的。4.4.确定粒子经偏转电场后的动能确定粒子经偏转电场后的动能(或速度或速度)的两种方法的两种方法(1)(1)电场强度的大小电场

21、强度的大小;(2)B(2)B运动到运动到P P点时的动能。点时的动能。考查情境考查情境四翼分析四翼分析本题以带电体在匀强电场中的偏转为素材创设电场类本题以带电体在匀强电场中的偏转为素材创设电场类问题情境问题情境,属于综合性题目属于综合性题目,难度适中难度适中四四层层分分析析核心价值核心价值用科学思想方法分析物理问题用科学思想方法分析物理问题学科素养学科素养考查物理观念和科学思维考查物理观念和科学思维,要求考生具有清晰的物质要求考生具有清晰的物质观、运动观和相互作用观观、运动观和相互作用观,能用牛顿运动定律、运动能用牛顿运动定律、运动学公式、动能定理、电场和重力场等分析和解决运动学公式、动能定理

22、、电场和重力场等分析和解决运动问题问题关键能力关键能力主动构建带电体在匀强电场中的偏转模型能力、理解主动构建带电体在匀强电场中的偏转模型能力、理解能力、数据处理能力、推理能力及综合分析能力能力、数据处理能力、推理能力及综合分析能力,综综合考查应用电场和重力场解决实际问题的能力合考查应用电场和重力场解决实际问题的能力必备知识必备知识电场和重力场、运动学公式、牛顿运动定律、动能定电场和重力场、运动学公式、牛顿运动定律、动能定理的理解与应用理的理解与应用 能力演练能力演练1 1“嫦娥四号嫦娥四号”上搭载的中性原子探测仪上搭载的中性原子探测仪,主要任务是测量太阳风与月表主要任务是测量太阳风与月表相互作

23、用后产生的中性原子。探测仪在入口处安装了高压偏转系统相互作用后产生的中性原子。探测仪在入口处安装了高压偏转系统,形成强电场区域形成强电场区域,对太阳风和月表作用后辐射的带电粒子进行偏转对太阳风和月表作用后辐射的带电粒子进行偏转,以免其射到探测器上产生干扰信号。以免其射到探测器上产生干扰信号。已知高压偏转系统由长度大于已知高压偏转系统由长度大于1 m1 m、间距仅、间距仅10 mm10 mm的两平行金属板组成的两平行金属板组成,当两板加一定当两板加一定的电压时的电压时,可将从平行极板进入、动能不大于可将从平行极板进入、动能不大于320 320 keVkeV的氦核均偏转到极板而被极板的氦核均偏转到

24、极板而被极板吸收。只考虑该电场的作用吸收。只考虑该电场的作用,则则()A.A.对于平行极板进入偏转系统的质子对于平行极板进入偏转系统的质子,只要动能不大于只要动能不大于160 160 keVkeV就能完全被极板吸收就能完全被极板吸收B.B.对于平行极板进入偏转系统的质子对于平行极板进入偏转系统的质子,只要动能不大于只要动能不大于320 320 keVkeV就能完全被极板吸收就能完全被极板吸收C.C.对于平行极板进入偏转系统的电子对于平行极板进入偏转系统的电子,只要动能不大于只要动能不大于320 320 keVkeV就能完全被极板吸收就能完全被极板吸收D.D.对于平行极板进入偏转系统的电子对于平

25、行极板进入偏转系统的电子,只要动能不大于只要动能不大于640 640 keVkeV就能完全被极板吸收就能完全被极板吸收A A 能力演练能力演练2 2 如图所示如图所示,一质量为一质量为m,m,电荷量为电荷量为q(q0)q(q0)的粒子以速度的粒子以速度v v0 0从从MNMN连连线上的线上的P P点水平向右射入大小为点水平向右射入大小为E E、方向竖直向下的匀强电场中。已知、方向竖直向下的匀强电场中。已知MNMN与与水平方向成水平方向成4545角角,粒子的重力可以忽略粒子的重力可以忽略,则粒子到达则粒子到达MNMN连线上的某点时连线上的某点时()C C考点四带电粒子在交变电场中的运动考点四带电

26、粒子在交变电场中的运动多维训练多维训练1 1.(.(带电粒子在交变电场中的运动图象带电粒子在交变电场中的运动图象)如图如图(甲甲)所示所示,两极板间加上如图两极板间加上如图(乙乙)所示的交变电压。所示的交变电压。t=0t=0起两板中间原来静止的电子在电场力作用下开起两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动。设电子在运动中不与极板发生碰撞始运动。设电子在运动中不与极板发生碰撞,向向A A板运动时为速度的正方板运动时为速度的正方向向,则下列图象中能正确反映电子速度变化规律的是则下列图象中能正确反映电子速度变化规律的是(其中其中C C、D D两项中的两项中的图线按正弦函数规律变化图线按正弦函数规

27、律变化)()()A A2.2.(带电粒子在交变电场中的直线运动带电粒子在交变电场中的直线运动)如图所示如图所示,两块平行金属板两块平行金属板MNMN间的距间的距离为离为d,d,两板间电压两板间电压u u随时间随时间t t变化的规律如图所示变化的规律如图所示,电压的绝对值为电压的绝对值为U U0 0,t=0,t=0时时刻刻M M板的电势比板的电势比N N板低。在板低。在t=0t=0时刻有一个电子从时刻有一个电子从M M板处无初速释放板处无初速释放,并在并在t=2Tt=2T时刻恰好到达时刻恰好到达N N板。电子的电荷量为板。电子的电荷量为e,e,下列说法正确的是下列说法正确的是()B B3 3.(

28、.(带电粒子在交变电场中的偏转带电粒子在交变电场中的偏转)如图如图(甲甲)所示所示,热电子由阴极飞出时的初热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计速度忽略不计,电子发射装置的加速电压为电子发射装置的加速电压为U U0 0,电容器板长和板间距离均为电容器板长和板间距离均为L=10 cm,L=10 cm,下极板接地下极板接地,电容器右端到荧光屏的距离也是电容器右端到荧光屏的距离也是L=10 cm,L=10 cm,在电容器极在电容器极板间接一交变电压板间接一交变电压,上极板的电势随时间变化的图象如图上极板的电势随时间变化的图象如图(乙乙)所示。所示。(每个每个电子穿过平行板的时间都极短电子穿过平行板的时间

29、都极短,可以认为电子穿过平行板的过程中电压是不可以认为电子穿过平行板的过程中电压是不变的变的)求求:(1)(1)在在t=0.06 st=0.06 s时刻时刻,电子打在荧光屏上的何处电子打在荧光屏上的何处;答案答案:(1)(1)见解析见解析(2)(2)荧光屏上有电子打到的区间有多长。荧光屏上有电子打到的区间有多长。答案答案:(2)30 cm(2)30 cm练后总结练后总结(1)(1)当粒子以平行于交变电场方向的初速度射入时当粒子以平行于交变电场方向的初速度射入时,粒子做直线运动粒子做直线运动,其初其初速度和受力情况决定了粒子的运动情况速度和受力情况决定了粒子的运动情况,粒子可能做周期性的运动。粒子可能做周期性的运动。(2)(2)当粒子以垂直于交变电场方向的初速度射入时当粒子以垂直于交变电场方向的初速度射入时,沿初速度方向的分运动沿初速度方向的分运动为匀速直线运动为匀速直线运动,沿电场力方向的分运动可能具有周期性。沿电场力方向的分运动可能具有周期性。