江苏省淮安市淮安中学高中物理电容器与电容带电粒子在电场中的运动复习学案新人教版选修3-1

1电容器与电容带电粒子在电场中的运动【学习目标】1、了解电容器及电容的概念，常握平行板是容器的电容问题分析方法，认识常用电容的结构。2、掌握带电粒子在电场中加速和偏转问题的处理方法，了解示波器的原理及应用。【自主学习】一、电容器与电容1、电容器、电容（1）电容器：两个彼此又互相的导体都可构成电容器。（2）电容：①物理意义：表示电容器电荷本领的物理量。②定义：电容器所带（一个极板所带电荷量的绝对值）与两极板间的比值叫电容器的电容。③定义式：QQCUU2、电容器的充放电过程（1）充电过程特点（如图1.3—1）①充电电流：电流方向为方向，电流由大到小；②电容器所带电荷量；③电容器两板间电压；④电容中电场强度；当电容器充电结束后，电容器所在电路中电流，电容器两极板间电压与充电电压；⑤充电后，电容器从电源中获取的能量称为（2）放电过程特点（如图1.3—2）：①放电电流，电流方向是从正极板流出，电流由大变小；开始时电流最大②电容器电荷量；③电容器两极板间电压；④电容器中电场强度；⑤电容器的转化成其他形式的能注意：放电的过程实际上就是电容器极板正、负电荷中和的过程，当放电结束2时，电路中无电流。3、平等板电容器（1）平行板电容器的电容计算式（即电容与两板的正对面积成正比，与两板间距离成为反比，与介质的介电常数成正比）（2）带电平行板电容器两板间的电场可以认为是匀强电场，且E=4、测量电容器两极板间电势差的仪器—静电计电容器充电后，两板间有电势差U，但U的大小用电压表计测量两板间的电势差，如图1.3—3所示静电计是在验电器的基础上改造而成的，静电计由的两部分构成，静电计与电容器的两部分分别接在一起，则电容器上的电势差就等于静电计上所指示的，U的大小就从静电计上的刻度读出。注意：静电计本身也是一个电容器，但静电计容纳电荷的本领很弱，即电容C很小，当带电的电容器与静电计连接时，可认为电容器上的电荷量保持不变。5、关于电容器两类典型问题分析方法：（1）首先确定不变量，若电容器充电后断开电源，则不变；若电容器始终和直流电源相连，则不变。（2）当决定电容器大小的某一因素变化时，用公式判断电容的变化。（3）用公式分析Q和U的变化。（4）用公式分析平行板电容两板间场强的变化。二、带电粒子的加速和偏转1、带电粒子在电场中加速，应用动能定理，即2201122qUmvmv202/vvqUm2、（1）带电粒子在匀强电场中偏转问题的分析处理方法，类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的知识。①求出运动时间，②离开电场时的偏转量，③离开电场时速度的大小④以及离开电场时的偏转角3（2）若电荷先经电场加速然后进入偏转电场，则y=tan（U1为加速电压，U2为偏转电压）3、处理带电粒子在匀强电场中运动问题的方法（1）等效法：带电粒子在匀强电场中运动，若不能忽略重力时，可把电场和重力看作等效重力，这样处理起来更容易理解，显得方便简捷。（2）分解法：带电微粒在匀强电场中偏转这种较复杂的曲线运动，可分解成沿初速方向的匀速直线运动和沿电场力方向的匀加速直线运动来分析、处理。【典型例题】[例1]电容器C、电阻器R和电源E连接成如图1.3—4所示的电路，当把绝缘板P从电容器极板a、b之间拔出的过程中，电路里A、没有电流产生B、有电流产生，方向是从a极板经过电阻器R流向b极板C、有电流产生，方向是从b极板经过电阻器R流向a极板D、有电流产生，电流方向无法判断（1）审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）（2）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）（3）解题过程[例2]如图1.3—5所示的电路中，电容器的N板接地，在其两板间的P点固定一个带负电的点电荷，求以下过程后，电容器的带电荷量Q、两极间的电压U、两极间的场强E，P点的电势、负电荷在P点的电势能EP各如何变化？（1）S接通后再将M板上移一小段距离。（2）S接通后再断开，再将N板上移一小段距离。4审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）解题过程[例3]为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明的机玻璃，它的上下底面是面积A=0.04m2金属板，间距L=0.05m,当连接到U=2500V的高压电源正负两极时,能在两金属板间产生一个匀强电场,如图所示,现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内,每立方米有烟尘颗粒1310个,假设这些颗粒都处于静止状态,每个颗粒带电量为171.010qC,质量为152.010mkg,不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力,并忽略烟尘颗粒所受重力,求合上电键后:(1)经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附?(2)除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功?(3)经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大?审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）解题过程[例4]如图A所示为示波管的原理图,图b表示荧光屏的界面,从发热的灯丝射出的电子初速度很小,可视为零,在灯丝和极板p之间所加电压为U1,在两对偏转电极XX′和YY′上所加的电压分别为U2和U3,若U1＞0,U2=U3=0,则经过加速后的电子束将打在荧光屏的中心0点,如果U3=0,U2的大小随时间变化,其规律如下图C所示,则屏上将出现一条亮线,已知U1=2500V,每块偏转极板的长度l都等于4cm,两块正对极板之间的距离d=1cm,设极板之间的电场是匀强电场,且极板外无电场,在每个电子经过极板的极短时间内,电场视为5不变,X,X′极板的右端到荧光屏的距离L=8cm,荧光屏界面的直径D=20cm,要使电子都能打在荧光屏上,U2的最大值是多少伏?（1）审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）（2）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）（3）解题过程【针对训练】1、图1.3—8所示是一个由电池、电阻R、电键S与平板电容器组成的串联电路，电键闭合，在增大电容器两极板间距离的过程中（）A、电阻R中没有电流B、电容器的电容变大C、电阻R中有从a流向b的电流D、电阻R中有从b流向a的电流2、如图1.3-9所示，两板间距为d的平行板电容器与一电源连接，开关S闭合，电容器两板间有一质量为m，带电荷量为q的微粒静止不动，下列叙述中正确的是（）A、微粒带的是正电B、电源电动势的大小等于mgdqC、断开开关S，微粒将向下做加速运动D、保持开关S闭合，把电容器两极板距离增大微粒将向下做加速运动3、两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图所示，接通开关K，电源即给电容器充电。（）A、保持K接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小B、保持K接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小C、断开K，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小6D、断开K，在两极板间插入一块介质,则两极板间的电势差增大4、α粒子的质量是质子的4倍，电荷量是质子的2倍，它们从静止开始经同一电场加速后，获得的速度大小之比为（）A、1：2B、1:2C、2:1D、2：15、如图1.3-11所示,平行金属板内有一匀强电场,一个带电荷量为q、质量为m的带电粒子以0v从A点水平射入电场,且刚好以速度v从B点射出,则（）。A、若该粒子以速度“-υ”从B点射入，则它刚好以速度“-υ0”从A点射出B、若将q的反粒子（-q、m）以速度“-υ”从B点射入，则它刚好以速度“-υ0”从A点射出C、若将q的反粒子（-q、m）以速度“-υ0”从B点射入，则它刚好以速度“-υ”从A点射出D、若该粒子以速度“-υ0”从B点射入，则它刚好以速度“-υ”从A点射出6、图甲所示为示波器的部分构造，真空室中电极K连续不断地发射的电子（不计初速）经过电压为U0的加速电场后，由小孔f沿水平金属板A、B间的中心轴线射入板间，板长为l，两板相距为d，电子穿过两板后，打在荧光屏上，屏到两板边缘的距离为L，屏上的中点为O，屏上a、b两点到O点的距离为S/2，若在A、B两板间加上变化的电压，在每个电子通过极板的极短时间内，电场可视为恒定的，现要求t=0时，进入两板间的电子打在屏上的a点，然后经时间T亮点匀速上移到b点，在屏上形成一条直亮线，电子的电量为e，质量为m。（1）求A、B间电压的最大值；（2）写出在时间0到T时间内加在A、B两板间的电压U与时间t的关系式；（3）在图乙中画出O到T时间内的U-t图象示意图。【能力训练】71、在如图1.3—14所示的实验装置中，平行板电容器的极板B与一灵敏的静电计相接，极板A接地，若极板A稍向上移动一点，由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论的依据是（）A、两极板间的电压不变，极板上的电量变小B、两极板间的电压不变，极板上的电量变大C、极板上的电量几乎不变，两极板间的电压变小D、极板上的电量几乎不变，两极板间的电压变大2、一平行板电容器，两板之间的距离d和两板面积S都可以调节，电容器两板与电池相连接，以Q表示电容器的电荷量，E表示两极间的电场强度，则（）A、当d增大、S不变时，Q减小，E减小B、当S增大、d不变时，Q增大，E增大C、当d减小、S增大时，Q增大、E增大D、当S增大、d减小时，Q不变、E不变3、图中1.5—15所示是一个平行板电容器，其电容为C，带电量为Q，上极板带正电，现将一个试探电荷q由两极板间的A点移动到B点，如图所示，A、B两点间的距离为s，连线AB与极板间的夹角为30°，则电场力对试探电荷q所做的功等于（）A、qCsQdB、qQsCdC、2qQsCdD、2qCsQd4、初速度均为零的质子和α粒子，被同一加速电场加速后，垂直于电场线方向进入同一匀强偏转电场，在离开偏转电场时（）A、两种粒子通过偏转电场的时间相同B、质子通过偏转电场的时间较短C、两种粒子的偏转角相等D、α粒子离开偏转电场时的动能较大5、在电场中，电子在只受电场力的作用大，可能做A、匀速直线运动B、匀变速直线C、匀变速曲线运动D、匀速圆周运动6、如图1.3—16所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关8于电子到达B板时的速率，下列解释正确的是（）A、两板间距越大，加速的时间就越长，则获得的速度越大B、两板间距越小，加速度就越大，则获得的速率越大C、与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关D、以上解释都不正确7、如图1.3—17所示，水平放置的两个平行金属板，上板带负电，下板带等量的正电，三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的粒子从极板的左侧P点以相同的水平初速度进入电场中，分别落在正极板的a、b、c三处，由此可知（）A、粒子a带正电，b不带电，c带负电B、三个粒子在电场中运动的时间相等C、三个粒子在电场中的加速度aa＜ab＜acD、三个粒子到达正极板的动能Eka＞Ekb＞Ekc8、图1.3—18是一个说明示波管工作原理的示意图，电子经电压U1加速后以速度υ0垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h，两平行板间的距离为d，电势差U2，板长L，为了提高示波管的灵敏度（每单位电压引起的偏转量2hU），可采用的方法是（）A、增大两板间电势差U2B、尽可能使板长L短些C、尽可能使板间距离d小一些D、使加速电压U1升高一些9、在竖直平面内建立xOy直角坐标系，Oy表示竖直向上方向，如图1.3—19所示，已知该平面内存在沿X轴正向的区域足够大的匀强电场，一个带电小球从坐标原点O沿Oy方向以4J的初动能竖直向上抛出，不计空气阻力，它到达的最高点位置如图中M点表示。求：（1）小球在M点时的动能EKM；（2）设小球落回跟抛出点同一水平面时的位置为N，求小球到达N点时的动能EkN。10、右图所示为真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出（初速度不计），经灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入由两块平行金属板M、N形成的偏转电场中（偏转电场可视为匀强电场），电子进入偏转电场时的速度与电场方向垂直，电子经过