高三物理备考专题复习带电粒子在电场中的运动.pdf
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1、2010 届高三物理备考专题复习:带电粒子在电场中的运动 一、带电粒子在电场中的运动 1. 带电粒子在匀强电场中的加速 一般带电粒子所受的电场力远大于重 力,所以可以认为只有电场力做功。由 动能定理W=qU=EK,此式与电场是 否匀强无关,与带电粒子的运动性质、 轨迹形状也无关。 【例 1】 如图所示,两平行金属板竖直放置,左极板接地,中间有小孔。右极板电势随时 间变化的规律如图所示。电子原来静止在左极板小孔处。(不计重力作用)下列说法中正确的是 AC A.从t=0 时刻释放电子,电子将始终向右运动,直到打到右极板上 B.从t=0 时刻释放电子,电子可能在两板间振动 C.从t=T/4 时刻释放
2、电子,电子可能在两板间振动,也可能打到右极板上 D.从t=3T/8 时刻释放电子,电子必将打到左极板上 2. 带电粒子在匀强电场中的偏转 规律 、速度规律 00 0 mdv qUL v L m qE atv vv y x 2 0 tan dmv qUL v v x y 、位移规律 2 0 2 2 0 22 1 dmv qUL aty tvx 2 0 2 tan dmv qUL x y 、角度规律 2 0 tan dmv qUL v v x y 2 0 2 tan dmv qUL x y 3、重力忽略与否 忽略重力电子、质子、 离子等微观的带电粒子 不忽略重力尘埃、液滴、小球等 4、 示波器和示
3、波管 示波管的原理图 5、带电物体在电场力和重力共同作用下的运动。 【例 2】 已知如图,水平放置的平行金属板间有匀强电场。一根 长l的绝缘细绳一端固定在O点,另一端系有质量为m并带有一定电 荷的小球。小球原来静止在C点。当给小球一个水平冲量后,它可以 在竖直面内绕O点做匀速圆周运动。若将两板间的电压增大为原来的 t U0 -U o T/2 T 3T/2 2T v0 m,q y vt - + tan 2 tan 速度反向延长平分水平位移就象从 水平位移的中点发出来一样 3 倍, 求: 要使小球从C点开始在竖直面内绕O点做圆周运动, 至少要给小球多大的水平冲量? 在这种情况下,在小球运动过程中细
4、绳所受的最大拉力是多大? 解:原来小球受到的电场力和重力大小相等,增大电压后电场力是重力的3 倍。在C点, 最小速度对应最小的向心力,这时细绳拉力为零,合力为2mg,可求速度为v= gl2 ,因此给 小球的最小冲量为I= m gl2 。 在最高点D小球受到的拉力最大。从C到D对小球用动能定理: 22 2 1 2 1 22 CDmvmvlmg ,在D点 l mv mgF D 2 2 ,解得F=12mg。 【例 3】 已知如图,匀强电场方向水平向右,场强E=1.5 10 6V/m,丝线长 l=40cm,上 端系于O点,下端系质量为m=1.0 10 4kg,带电量为 q=+4.9 10 -10C 的
5、小球,将小球从最低点A由静止释放,求: (1)小球摆到最高点 时 丝线与竖直方向的夹角多大?(2)摆动过程中小球的最大速度是 多 大? 解: (1)这是个“歪摆” 。由已知电场力Fe=0.75G摆动到平衡 位 置时丝线与竖直方向成37角,因此最大摆角为74。 (2)小球通过平衡位置时速度最大。由动能定理:1.25mg0.2l=mvB 2/2 , vB=1.4m/s 。 二、电容器 1. 电容器 两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器。 2. 电容器的电容电容器带电时,两极板就存在了电势差,电容器的电量跟两极板的电势 差的比值叫电容器的电容 U Q C 电势差 电量 电容表示电容器容纳
6、电荷本领的物理量,是由电容器本身的性质 (导体大小、形状、相对位置及电介质)决定的。 单位: 法拉( F) 、皮法( pF) 、微法( F) 1 F 10 6 F 1 F 10 6 pF 3. 平行板电容器的电容 静电计实验(测量电势差) (1)电计与金属板的连接方法 (2)指针的偏角与电势差的关系 (3)电容器的电量基本不变 (4)变距离、正对面积、电介质(绝缘体)观察偏角的变化 kd s C 4 为电介质的介电常数(极板间充满电介质使电容增大的倍数),s 为正对面积、 d 为距离、 k 为静电力常量(注意: 额定电压和击穿电压) 4. 两种不同变化 电容器和电源连接如图,改变板间距离、改变
7、正对面积或改变板间电解质材料,都会改 变其电容,从而可能引起电容器两板间电场的变化。这里要分清两种常见的变化: (1)电键K保持闭合,则电容器两端的电压恒定(等于电源电动势),这种情况下带电 量,CCUQ而 dd U E d S kd S C 1 4 , E s d U d s C,(2)充电后断开K,保持电容器带电量Q恒定,这种情况下K O A B E 介电常数的定义 【例 4】 如图所示, 在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时,该微粒恰好能保持 静止。在保持K闭合;充电后将K断开;两种情况下,各用什么方法能使该带电微粒向 上运动打到上极板?(选B,选 C。 ) A.上移上极板M B.
8、上移下极板N C.左移上极板M D.把下极板N接地 【例 5】计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容 传感器。电容的计算公式是 d S C ,其中常量 =9.0 10 -12 F m -1 ,S表示两金属片的正对面积,d表示两金属片间的 距离。当某一键被按下时,d发生改变,引起电容器的电容 发生改变, 从而给电子线路发出相应的信号。已知两金属片 的正对面积为50mm 2,键未被按下时,两金属片间的距离为 0.60mm 。只要电容变化达0.25pF ,电子线路就能发出相应 的信号。 那么为使按键得到反应,至少需要按下多大距离? 解:未按下时电容C1=0.75pF ,再 1 2 2 1 d d
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- 物理 备考 专题 复习 带电 粒子 电场 中的 运动
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