2018高考物理第一輪復(fù)習(xí) 專題 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)、電容器學(xué)案 魯科版.doc
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帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)、電容器 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容: 高三第一輪復(fù)習(xí):帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)、電容器 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 1. 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的加速 一般情況下帶電粒子所受的電場力遠(yuǎn)大于重力,所以可以認(rèn)為只有電場力做功。由動(dòng)能定理W=qU=ΔEK,此式與電場是否勻強(qiáng)無關(guān),與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、軌跡形狀也無關(guān)。 【例1】如圖所示,兩平行金屬板豎直放置,左極板接地,中間有小孔。右極板電勢隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示。電子原來靜止在左極板小孔處。(不計(jì)重力作用)下列說法中正確的是 A. 從t=0時(shí)刻釋放電子,電子將始終向右運(yùn)動(dòng),直到打到右極板上 B. 從t=0時(shí)刻釋放電子,電子可能在兩板間振動(dòng) C. 從t=T/4時(shí)刻釋放電子,電子可能在兩板間振動(dòng),也可能打到右極板上 D. 從t=3T/8時(shí)刻釋放電子,電子必將打到左極板上 解:從t=0時(shí)刻釋放電子,如果兩板間距離足夠大,電子將向右先勻加速T/2,接著勻減速T/2,速度減小到零后,又開始向右勻加速T/2,接著勻減速T/2……直到打在右極板上。電子不可能向左運(yùn)動(dòng);如果兩板間距離不夠大,電子也始終向右運(yùn)動(dòng),直到打到右極板上。從t=T/4時(shí)刻釋放電子,如果兩板間距離足夠大,電子將向右先勻加速T/4,接著勻減速T/4,速度減小到零后,改為向左先勻加速T/4,接著勻減速T/4。即在兩板間振動(dòng);如果兩板間距離不夠大,則電子在第一次向右運(yùn)動(dòng)過程中就有可能打在右極板上。從t=3T/8時(shí)刻釋放電子,如果兩板間距離不夠大,電子將在第一次向右運(yùn)動(dòng)過程中就打在右極板上;如果第一次向右運(yùn)動(dòng)沒有打在右極板上,那就一定會(huì)在第一次向左運(yùn)動(dòng)過程中打在左極板上。選AC 2. 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) 質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長L,板間距離為d的平行板電容器間,兩板間電壓為U,求射出時(shí)的側(cè)移、偏轉(zhuǎn)角和動(dòng)能增量。 (1)側(cè)移:千萬不要死記公式,要清楚物理過程。根據(jù)不同的已知條件,結(jié)論改用不同的表達(dá)形式(已知初速度、初動(dòng)能、初動(dòng)量或加速電壓等)。 (2)偏轉(zhuǎn)角:,注意到,說明穿出時(shí)刻的末速度的反向延長線與初速度延長線交點(diǎn)恰好在水平位移的中點(diǎn)。這一點(diǎn)和平拋運(yùn)動(dòng)的結(jié)論相同。 (3)穿越電場過程的動(dòng)能增量:ΔEK=Eqy (注意,一般來說不等于qU) 【例2】如圖所示,熱電子由陰極飛出時(shí)的初速忽略不計(jì),電子發(fā)射裝置的加速電壓為U0。電容器板長和板間距離均為L=10cm,下極板接地。電容器右端到熒光屏的距離也是L=10cm。在電容器兩極板間接一交變電壓,上極板的電勢隨時(shí)間變化的圖象如左圖。(每個(gè)電子穿過平行板的時(shí)間極短,可以認(rèn)為電壓是不變的)求:①在t=0.06s時(shí)刻,電子打在熒光屏上的何處?②熒光屏上有電子打到的區(qū)間有多長?③屏上的亮點(diǎn)如何移動(dòng)? 解:①由圖知t=0.06s時(shí)刻偏轉(zhuǎn)電壓為1.8U0,可求得y = 0.45L= 4.5cm,打在屏上的點(diǎn)距O點(diǎn)13.5cm。②電子的最大側(cè)移為0.5L(偏轉(zhuǎn)電壓超過2.0U0,電子就打到極板上了),所以熒光屏上電子能打到的區(qū)間長為3L=30cm。③屏上的亮點(diǎn)由下而上勻速上升,間歇一段時(shí)間后又重復(fù)出現(xiàn)。 3. 帶電物體在電場力和重力共同作用下的運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)帶電體的重力和電場力大小可以相比時(shí),不能再將重力忽略不計(jì)。這時(shí)研究對象經(jīng)常被稱為“帶電微?!薄ⅰ皫щ妷m?!薄ⅰ皫щ娦∏颉钡鹊?。這時(shí)的問題實(shí)際上變成一個(gè)力學(xué)問題,只是在考慮能量守恒的時(shí)候需要考慮到電勢能的變化。 【例3】已知如圖,水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場。一根長l的絕緣細(xì)繩一端固定在O點(diǎn),另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球。小球原來靜止在C點(diǎn)。當(dāng)給小球一個(gè)水平?jīng)_量后,它可以在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若將兩板間的電壓增大為原來的3倍,求:要使小球從C點(diǎn)開始在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),至少要給小球多大的水平?jīng)_量?在這種情況下,在小球運(yùn)動(dòng)過程中細(xì)繩所受的最大拉力是多大? 解:由已知,原來小球受到的電場力和重力大小相等,增大電壓后電場力是重力的3倍。在C點(diǎn),最小速度對應(yīng)最小的向心力,這時(shí)細(xì)繩的拉力為零,合力為2mg,可求得速度為v=,因此給小球的最小沖量為I = m。在最高點(diǎn)D小球受到的拉力最大。從C到D對小球用動(dòng)能定理:,在D點(diǎn),解得F=12mg。 電容器 1. 電容器 兩個(gè)彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體都可以看成一個(gè)電容器。 2. 電容器的電容 電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量,是由電容器本身的性質(zhì)(導(dǎo)體大小、形狀、相對位置及電介質(zhì))決定的。 3. 平行板電容器的電容 平行板電容器的電容的決定式是: 4. 兩種不同變化 電容器和電源連接如圖,改變板間距離、改變正對面積或改變板間電解質(zhì)材料,都會(huì)改變其電容,從而可能引起電容器兩板間電場的變化。這里一定要分清兩種常見的變化: (1)電鍵K保持閉合,則電容器兩端的電壓恒定(等于電源電動(dòng)勢),這種情況下帶電量而 (2)充電后斷開K,保持電容器帶電量Q恒定,這種情況下 【例4】計(jì)算機(jī)鍵盤上的每一個(gè)按鍵下面都有一個(gè)電容傳感器。電容的計(jì)算公式是,其中常量ε=9.010-12F?m-1,S表示兩金屬片的正對面積,d表示兩金屬片間的距離。當(dāng)某一鍵被按下時(shí),d發(fā)生改變,引起電容器的電容發(fā)生改變,從而給電子線路發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。已知兩金屬片的正對面積為50mm2,鍵未被按下時(shí),兩金屬片間的距離為0.60mm。只要電容變化達(dá)0.25pF,電子線路就能發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。那么為使按鍵得到反應(yīng),至少需要按下多大距離? 解:先求得未按下時(shí)的電容C1=0.75pF,再由得和C2=1.00pF,得Δd=0.15mm。 【例5】一平行板電容器充電后與電源斷開,負(fù)極板接地,在兩極板間有一正電荷(電量很?。┕潭ㄔ赑點(diǎn),如圖所示,以E表示兩極板間的場強(qiáng),U表示電容器的電壓,W表示正電荷在P點(diǎn)的電勢能。若保持負(fù)極板不動(dòng),將正極板移到圖中虛線所示的位置,則( ?。? A. U變小,E不變 B. E變大,W變大 C. U變小,W不變 D. U不變,W不變 解析:當(dāng)平行板電容器充電后與電源斷開時(shí),對有關(guān)物理量變化的討論,要注意板間場強(qiáng)的一個(gè)特點(diǎn): ,即對于介質(zhì)介電常數(shù)為ε的平行板電容器而言,兩極板間場強(qiáng)只與極板上單位面積的帶電量成正比。 帶電量Q不變,兩極板間場強(qiáng)E保持不變,由于板間距離d減小,據(jù)可知,電容器的電壓變小。由于場強(qiáng)E保持不變,因此,P點(diǎn)與接地的負(fù)極板即與地的電勢差保持不變,即點(diǎn)P的電勢保持不變,因此電荷在P點(diǎn)的電勢能W保持不變。所以本題應(yīng)選AC。 電容式傳感器在測量中有著重要的應(yīng)用,因此在復(fù)習(xí)中不可忽視。關(guān)鍵在于抓住所測物理量與電容器中電容的聯(lián)系,問題就迎刃而解了。 5. 電容器與恒定電流相聯(lián)系 在直流電路中,電容器的充電過程非常短暫,除充電瞬間以外,電容器都可以視為斷路。應(yīng)該理解的是:電容器與哪部分電路并聯(lián),電容器兩端的電壓就必然與那部分電路兩端電壓相等。 【例6】如圖所示電路中,,,忽略電源電阻,下列說法中正確的是( ?。? ①開關(guān)K處于斷開狀態(tài),電容的電量大于的電量;②開關(guān)處于斷開狀態(tài),電容的電量大于的電量;③開關(guān)處于接通狀態(tài),電容的電量大于的電量;④開關(guān)處于接通狀態(tài),電容的電量大于的電量。 A. ① B. ④ C. ①③ D. ②④ 解析:開關(guān)斷開時(shí),電容、兩端電壓相等,均為E,因?yàn)椋芍?,即,所以①正確;當(dāng)開關(guān)K接通時(shí),與串聯(lián),通過R1和R2的電流相等,與并聯(lián),與并聯(lián),故的電壓為,的電壓為又,又,,所以即兩電容的電量相等;所以正確選項(xiàng)應(yīng)為A。 6、電容器力學(xué)綜合 電容器通過電學(xué)與力學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來時(shí),解答這一類題目的關(guān)鍵還是在力學(xué)上,只要在對物體進(jìn)行受力分析時(shí),注意對帶電體所受的電場力進(jìn)行分析,再應(yīng)用力學(xué)相關(guān)知識(shí)即可求解。必須注意的是:當(dāng)帶電體運(yùn)動(dòng)過程中與其它導(dǎo)體有接觸時(shí),有可能所帶電量要發(fā)生變化。 【例7】如圖所示,四個(gè)定值電阻的阻值相同都為R,開關(guān)K閉合時(shí),有一質(zhì)量為m帶電量為q的小球靜止于平行板電容器板間的中點(diǎn)O?,F(xiàn)在把開關(guān)K斷開,此小球向一個(gè)極板運(yùn)動(dòng),并與此極板相碰,碰撞時(shí)無機(jī)械能損失,碰撞后小球恰能運(yùn)動(dòng)到另一極板處,設(shè)兩極板間的距離為d,電源內(nèi)阻不計(jì),試計(jì)算:⑴電源電動(dòng)勢ε。⑵小球和電容器一個(gè)極板碰撞后所帶的電量。 解析:(1)開關(guān)閉合時(shí),電容器兩極板間電場方向豎直向上,由小球在O點(diǎn)處靜止可知,小球帶正電。設(shè)兩極板間電壓為U,則,即;由于無電流,電容器兩極板間電壓U等于電阻的端電壓,則,所以。 (2)開關(guān)斷開后,兩極板間電壓為,,設(shè)此時(shí)兩極板間場強(qiáng)為,;因小球所受的向上的電場力小于重力,小球向下加速運(yùn)動(dòng)與下極板碰撞,碰后小球上升至上極板時(shí)速度恰好為零。設(shè)小球與下極板碰撞后的電量變?yōu)?,對小球從運(yùn)動(dòng)過程應(yīng)用動(dòng)能定理有,所以。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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