2022年高考物理一輪復習 第六章 電場 第3單元 帶電粒子在電場中的運動教案

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1、2022年高考物理一輪復習 第六章 電場 第3單元 帶電粒子在電場中的運動教案一、帶電粒子在電場中的運動1.帶電粒子在勻強電場中的加速tU0-U0oT/2 T 3T/2 2T一般帶電粒子所受的電場力遠大于重力,所以可以認為只有電場力做功。由動能定理W=qU=EK,此式與電場是否勻強無關(guān),與帶電粒子的運動性質(zhì)、軌跡形狀也無關(guān)?!纠?】 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。(不計重力作用)下列說法中正確的是 AC A.從t=0時刻釋放電子,電子將始終向右運動,直到打到右極板上B.從t=0時刻釋放電子,電子可能在兩板

2、間振動C.從t=T/4時刻釋放電子,電子可能在兩板間振動,也可能打到右極板上D.從t=3T/8時刻釋放電子,電子必將打到左極板上U L dv0m,qyvt2.帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律、速度規(guī)律 、位移規(guī)律 、角度規(guī)律tan 2 tan 速度反向延長平分水平位移就象從水平位移的中點發(fā)出來一樣 3、重力忽略與否忽略重力電子、質(zhì)子、離子等微觀的帶電粒子不忽略重力塵埃、液滴、小球等4、 示波器和示波管示波管的原理圖5、帶電物體在電場力和重力共同作用下的運動。-+OC【例2】 已知如圖,水平放置的平行金屬板間有勻強電場。一根長l的絕緣細繩一端固定在O點,另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球。小球

3、原來靜止在C點。當給小球一個水平?jīng)_量后,它可以在豎直面內(nèi)繞O點做勻速圓周運動。若將兩板間的電壓增大為原來的3倍,求:要使小球從C點開始在豎直面內(nèi)繞O點做圓周運動,至少要給小球多大的水平?jīng)_量?在這種情況下,在小球運動過程中細繩所受的最大拉力是多大?解: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,最小速度對應最小的向心力,這時細繩拉力為零,合力為2mg,可求速度為v=,因此給小球的最小沖量為I = m。在最高點D小球受到的拉力最大。從C到D對小球用動能定理:,在D點,解得F=12mg。OACBE【例3】 已知如圖,勻強電場方向水平向右,場強E=1.5106V/m,絲線

4、長l=40cm,上端系于O點,下端系質(zhì)量為m=1.0104kg,帶電量為q=+4.910-10C的小球,將小球從最低點A由靜止釋放,求:(1)小球擺到最高點時絲線與豎直方向的夾角多大?(2)擺動過程中小球的最大速度是多大?解:(1)這是個“歪擺”。由已知電場力Fe=0.75G擺動到平衡位置時絲線與豎直方向成37角,因此最大擺角為74。(2)小球通過平衡位置時速度最大。由動能定理:1.25mg0.2l=mvB2/2,vB=1.4m/s。二、電容器1.電容器兩個彼此絕緣又相隔很近的導體都可以看成一個電容器。2.電容器的電容電容器帶電時,兩極板就存在了電勢差, 電容器的電量跟兩極板的電勢差的比值叫電

5、容器的電容 表示電容器容納電荷本領的物理量,是由電容器本身的性質(zhì)(導體大小、形狀、相對位置及電介質(zhì))決定的。單位:法拉(F)、皮法(pF)、微法(F) 1 F 10 6F 1 F 10 6 pF3.平行板電容器的電容靜電計實驗(測量電勢差)(1) 電計與金屬板的連接方法(2) 指針的偏角與電勢差的關(guān)系(3) 電容器的電量基本不變(4) 變距離、正對面積、電介質(zhì)(絕緣體)觀察偏角的變化介電常數(shù)的定義 為電介質(zhì)的介電常數(shù)(極板間充滿電介質(zhì)使電容增大的倍數(shù)),s為正對面積、d為距離、k為靜電力常量 (注意:額定電壓和擊穿電壓)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

6、電解質(zhì)材料,都會改變其電容,從而可能引起電容器兩板間電場的變化。這里要分清兩種常見的變化: K(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】 如圖所示,在平行板電容器正中有一個帶電微粒。K閉合時,該微粒恰好能保持靜止。在保持K閉合;充電后將K斷開;兩種情況下,各用什么方法能使該帶電微粒向上運動打到上極板?(選B,選C。)A.上移上極板M B.上移下極板N C.左移上極板M D.把下極板N接地 KMN【例5】 計算機鍵盤上的每一個按鍵下面都有一個電容傳感器。電容的計算公式是,其中常量=9.010-1

7、2Fm-1,S表示兩金屬片的正對面積,d表示兩金屬片間的距離。當某一鍵被按下時,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)出相應的信號。已知兩金屬片的正對面積為50mm2,鍵未被按下時,兩金屬片間的距離為0.60mm。只要電容變化達0.25pF,電子線路就能發(fā)出相應的信號。那么為使按鍵得到反應,至少需要按下多大距離?A解:未按下時電容C1=0.75pF,再得和C2=1.00pF,得d=0.15mm。P【例6】一平行板電容器充電后與電源斷開,負極板接地,在兩極板間有一正電荷(電量很?。┕潭ㄔ赑點,如圖所示,以E表示兩極板間的場強,U表示電容器的電壓,W表示正電荷在P點的電勢能。若負極

8、板不動,將正極板移到圖中虛線所示的位置(AC)AU變小,E不變 BE變大,W變大CU變小,W不變 DU不變,W不變 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7】如圖電路中,忽略電源電阻,下列說法正確的是()EC2R2R1KC1開關(guān)K處于斷開狀態(tài),電容的電量大于的電量;開關(guān)處于斷開狀態(tài),電容的電量大于的電量;開關(guān)處于接通狀態(tài),電容的電量大于的電量;開關(guān)處于接通狀態(tài),電容的電量大于的電量。A. B. C. D.解析:開關(guān)斷開時,電容、兩端電壓相

9、等,均為E,因為,由知,即,所以正確;當開關(guān)K接通時,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;所以正確選項應為A。6、電容器力學綜合ER1R2CR4R3CKOCC【例8】如圖所示,四個定值電阻的阻值相同都為R,開關(guān)K閉合時,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O?,F(xiàn)在把開關(guān)K斷開,此小球向一個極板運動,并與此極板相碰,碰撞時無機械能損失,碰撞后小球恰能運動到另一極板處,設兩極板間的距離為d,電源內(nèi)阻不計,試計算:電源電動勢。小球和電容器一個極板碰撞后所帶的電量。解析:開關(guān)閉合時,電容器兩極板間電場方向豎直向上,由

10、小球在O點處靜止可知,小球帶正電。設兩極板間電壓為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。開關(guān)斷開后,兩極板間電壓為,設此時兩極板間場強為,;因小球所受的向上的電場力小于重力,小球向下加速運動與下極板碰撞,碰后小球上升至上極板時速度恰好為零。設小球與下極板碰撞后的電量變?yōu)?,對小球從運動過程應用動能定理有,所以。三、針對訓練1.如圖所示,虛線a、b和c 是某靜電場中的三個等勢面,它們的電勢分別為a、b和c,abc,一帶正電的粒子射入電場中,其運動軌跡如實線KLMN所示,由圖可知A.粒子從K到L的過程中,電場力做負功B.粒子從L到M的過程中,電場力做負功C.粒子從K

11、到L的過程中,靜電勢能增加D.粒子從L到M的過程中,動能減小2.離子發(fā)動機飛船,其原理是用電壓U加速一價惰性氣體離子,將它高速噴出后,飛船得到加速,在氦、氖、氬、氪、氙中選用了氙,理由是用同樣電壓加速,它噴出時A.速度大 B.動量大 C.動能大 D.質(zhì)量大3.a、b、c三個粒子由同一點垂直場強方向進入偏轉(zhuǎn)電場,其軌跡如圖所示,其中b恰好飛出電場,由此可以肯定在b飛離電場的同時,a剛好打在負極板上b和c同時飛離電場進入電場時,c的速度最大,a的速度最小動能的增量相比,c的最小,a和b的一樣大A.B.C.D. 4.在圖所示的實驗裝置中,充電后的平行板電容器的A極板與靈敏的靜電計相接,極板B接地.若

12、極板B稍向上移動一點,由觀察到靜電計指針的變化,作出電容器電容變小的依據(jù)是A.兩極間的電壓不變,極板上電荷量變小B.兩極間的電壓不變,極板上電荷量變大C.極板上的電荷量幾乎不變,兩極間的電壓變小D.極板上的電荷量幾乎不變,兩極間的電壓變大5.如圖所示,電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運動,然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中,射入方向跟極板平行,整個裝置處在真空中,重力可忽略,在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下,下述四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是A.U1變大、U2變大B.U1變小、U2變大C.U1變大、U2變小D.U1變小、U2變小6密立根油滴實驗進一步證實了電子的存在

13、,揭示了電荷的非連續(xù)性.如圖所示是密立根實驗的原理示意圖,設小油滴質(zhì)量為m,調(diào)節(jié)兩板間電勢差為U,當小油滴懸浮不動時,測出兩板間距離為d.可求出小油滴的電荷量q=_.7.水平放置的平行板電容器的電容為C,板間距離為d,極板足夠長,當其帶電荷量為Q時,沿兩板中央水平射入的帶電荷量為q的微粒恰好做勻速直線運動.若使電容器電荷量增大一倍,則該帶電微粒落到某一極板上所需的時間_.8.來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零),經(jīng)一加速電壓為800 kV的直線加速器加速,形成電流強度為1 mA的細柱形質(zhì)子流,已知質(zhì)子電荷量e=1.6010-19 C,這束質(zhì)子流每秒打在靶上的質(zhì)子數(shù)為_,假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是均勻的,在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距l(xiāng)和4l的兩處,各取一段極短的相等長度的質(zhì)子流,其中的質(zhì)子數(shù)分別為n1和n2,則n1/n2=_.參考答案1AC 2.B 3.D 4D 5.B 6 78.6.251015個,2/1,n=I/e=6.251015個,設質(zhì)子在與質(zhì)子源相距l(xiāng)和4l的兩處的速度分別為v1、v2,則v1/v2=1/2,極短的相等長度質(zhì)子流中質(zhì)子數(shù)之比為

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