考物理-复习方案-第3讲电容器带电粒子在电场中的运动.pdf
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1、电容器及电容 1电容器 (1)组成:由两个彼此绝缘又相互靠近的导体组成。 (2)带电荷量:一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)电容器的充、放电: 充电: 使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的异种电荷,电容器中储 存电场能。 放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电能转化为其他形式的能。 图 6 31 2电容 (1)定义:电容器所带的电荷量与两个极板间的电势差的比值。 (2)定义式: C Q U。 (3)单位:法拉 (F)、微法 (F )、皮法 (pF)。1 F10 6 F 10 12 pF。 (4)意义:表示电容器容纳电荷本领的高低。 (5)决定因素:由电容器本身物理条件
2、(大小、形状、相对位置及电介质)决定,与电容器 是否带电及电压无关。 3平行板电容器的电容 (1)决定因素:跟正对面积成正比,跟介电常数成正比,跟两板间的距离成反比。 (2)决定式: C rS 4 kd。 平行板电容器的动态分析 (1)主要的理论依据: 平行板电容器的电容C 与板间距d、 正对面积S、 介质介电常数 r间的关系 C rS 4 kd。 平行板电容器内部是匀强电场,所以场强E U d 。 电容器所带电荷量QCU。 由以上三式得E 4k Q rS ,该式常用于Q 保持不变的情况中。 (2)两类典型的动态变化分析流程图: 第一类动态变化:两极板间电压U 恒定不变。 第二类动态变化:电容
3、器所带电荷量Q 恒定不变。 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 () AC 和 U 均增大BC 增大, U 减小 CC 减小, U 增大DC 和 U 均减小 解析: 选 B由 C rS 4 kd知插入电介质, C 增大,再由C Q U 知, Q 不变时, U 减小, 故选 B。 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动 能的增量。 (1)在匀强电场中:WEqdqU 1 2mv 21 2mv
4、 2 0 。 (2)在非匀强电场中:WqU1 2mv 21 2mv 2 0 。 2带电粒子在电场中的偏转 (1)运动性质:受恒力作用,是匀变速曲线运动。 图 6 32 (2)处理方法:类似于平抛运动,应用运动的合成与分解的方法。 平行于极板方向:匀速直线运动。 垂直于极板方向:匀加速直线运动。 侧位移及偏角 加速度 a F m Eq m Uq dm 运动时间 t l v0 能飞出平行板电容器 侧位移: y 1 2at 21 2 Uq dm l v0 2 ql 2U 2dmv 2 0 偏转角: tan vy v0 Uql dmv 2 0 1对带电粒子进行受力分析时应注意的问题 (1)电场力的大小
5、和方向不仅跟场强的大小和方向有关,还跟带电粒子的电性和电荷量 有关: 在匀强电场中,同一带电粒子所受电场力处处是恒力; 在非匀强电场中,同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同。 (2)是否考虑重力要依据情况而定: 基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等除有说明或明确的暗示外,一般不考虑重 力(但不能忽略质量)。 带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确暗示外,一般都不能忽略 重力。 2粒子在匀强电场中偏转时的两个结论 (1)以初速度v0进入偏转电场:偏移量 y1 2at 21 2 qU1 md ( l v0) 2,经飞出电场的点作粒子速 度的反向延长线,设交于O 点,
6、 O 点与电场边缘的距离为x,则: 图 6 33 xycot qU1l 2 2dmv 2 0 mv 2 0d qU1l l 2 结论:粒子从偏转电场中射出时,就像是从极板间的 l 2处沿直线射出。 (2)经加速电场加速再进入偏转电场:若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加 速后进入偏转电场的,则由动能定理qU0 1 2mv 2 0 ,偏移量: y U1l 2 4U0d,偏转角正切: tan U1l 2U0d 结论:无论带电粒子的m、q 如何,只要经过同一加速电场加速,再垂直进入同一偏转 电场,它们飞出的偏移量y 和偏转角 都是相同的,也就是轨迹完全重合。 2(2012 湖南师大附中模拟)
7、如图 634 为示波管的示意图。左边为加速电场,右边 水平放置的两极板之间有竖直方向的偏转电场。电子经电压为U1的电场加速后,射入偏转 电压为 U2的偏转电场,离开偏转电场时,电子离荧光屏中心O 的侧移为y。单位偏转电压 引起的偏转距离(y/U2)称为示波器的灵敏度。 设极板长度为L,极板间距为d,通过调整一个 参量,下列方法可以提高示波器的灵敏度的是() 图 6 34 A增大 LB增大 d C增大 U1D减小 U2 解析: 选 A电子在电场中加速:qU1 1 2mv 2 0,在偏转电场中偏转时: y qL 2U 2 2mv 2 0d qL 2U 2 4qU1d L 2U 2 4dU1,灵敏度
8、: y U2 L 2 4dU1,所以要想提高灵敏度,可以采用增大 L、减小距离d 和 U1的 方法,选项A 正确。 示波管及工作原理 (1)示波管装置:示波管由电子枪、偏转电板和荧光屏组成,管内抽成真空,如图63 5 所示。 图 6 35 (2)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传播, 打在荧光屏中心,在那里产生一个亮斑。 (3)YY上加的是待显示的信号电压,XX上是机器自身产生的锯齿形电压,叫做扫描 电压。若所加扫描电压和信号电压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期 内变化的图象。 (1)电子打在荧光屏上将出现亮点,若电子打在屏上的位置快速移动
9、,由于视觉暂留效 应,能在荧光屏上看到一条亮线。 (2)如图 636 所示, 如果只在偏转电极YY上加上如图甲所示UYUmsin t 的电压, 荧光屏上亮点的偏移也将按正弦规律变化,即y ymsin t ,并在荧光屏上观察到的亮线 的形状为图A( 设偏转电压频率较高)。 (3)如果只在偏转电极XX上加上如图乙所示的电压,在荧光屏上观察到的亮线的形状 为图 B(设偏转电压频率较高)。 (4)如果在偏转电极YY加上图甲所示的电压,同时在偏转电极XX上加上图乙所示的 电压,在荧光屏上观察到亮线的形状为图C(设偏转电压频率较高)。 图 6 36 3示波管原理如图6 37 所示,当两偏转电极XX、 YY
10、电压为零时,电子枪发 射的电子经加速电压加速后会打在荧光屏上正中间的O 点,其中 x 轴与 XX电场的场强方 向平行, x 轴正方向垂直于纸面指向纸内,y 轴与 YY电场的场强方向平行。若要电子打在 图示坐标系的第象限内,则() 图 6 37 AX、Y接电源的正极,X、 Y接电源的负极 BX、Y接电源的正极,X、 Y接电源的负极 CX、 Y 接电源的正极,X、Y接电源的负极 DX、 Y接电源的正极,X、Y 接电源的负极 解析: 选 D根据示波管原理以及带电粒子在电场中受到的电场力和运动情况可判定, 极板 X、 Y应带正电,故应接电源的正极,极板X、 Y 应带负电,故应接电源的负极, 所以, D
11、 项正确。 平行板电容器的动态分析 命题分析 平行板电容器的动态分析问题是高考热点,以选择题形式出现。 例 1(2012 福建高考 )如图 63 8 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() 图 6 38 A带点油滴将沿竖直方向向上运动 BP 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 思维流程 第一步:抓信息关键点 关键点信息获取 (1)电容器与电源连接板间电压不变 (2)上板上移板间距离增大,电容减小 第二步
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- 物理 复习 方案 电容器 带电 粒子 电场 中的 运动
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