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高中物理
人教版
选修3
选修3-1
第一章 静电场
9 带电粒子在电场中的运动
带电粒子在电场中的运动
文档属性
名称
带电粒子在电场中的运动
格式
zip
文件大小
240.0KB
资源类型
教案
版本资源
人教版(新课程标准)
科目
物理
更新时间
2016-11-09 14:28:03
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文档简介
带电粒子在电场中的运动
考纲要求
1、电容器的电压、电荷量和电容的关系
2、带电粒子在匀强电场中的运动
示波管
教学重、难点
1、
电容器的电压、电荷量和电容的关系
2、
带电粒子在电场中的偏转
考点一 关于电容两个公式的意义
1.电容的定义式C=,反映了电容器容纳
( http: / / www.21cnjy.com )电荷量的本领,但平行板电容器的电容C的大小与Q、U都无关,仅由两个导体板的大小和形状、两导体板的相对位置以及极板间的电介质来决定.
2.平行板电容器电容的决定式C=,反映了电容C的大小与两极板正对面积成正比,
与两极板间距离成反比,与极板间电介质的介电常数成正比.
例1、如图所示为一只“极距变化型电容式传感
( http: / / www.21cnjy.com )器”的部分构件示意图.当动极板和定极板之间的距离d变化时,电容C便发生变化,通过测量电容C的变化就可知道两极板之间距离d的变化情况.在下列图中能正确反映C与d之间变化规律的图象是
(A )
跟踪训练1 根据电容器电容的定义式C=,可知
( D )
A.电容器所带的电荷量Q越多,它的电容就越大,C与Q成正比
B.电容器不带电时,其电容为零
C.电容器两极板之间的电压U越高,它的电容就越小,C与U成反比
D.以上说法均不对
考点二 电容器两类动态问题的分析方法
电容器动态分析的思路
(1)确定不变量,分析是电压不变还是所带电荷量不变.
(2)用决定式C=分析平行板电容器电容的变化.
(3)用定义式C=分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化.
(4)用E=分析电容器极板间场强的变化.
特别提醒 有一种情况我们应当作为结论记住:当电容器充电后与电源断开,即电容器所带电荷量不变时,无论怎样改变板间距离,板间的场强是不变的.
例2、一平行板电容器充电后与电源断开,负极
( http: / / www.21cnjy.com )板接地.两板间有一个正试探电荷固定在P点,如图所示,以C表示电容器的电容、E表示两板间的场强、φ表示P点的电势,W表示正电荷在P点的电势能,若正极板保持不动,将负极板缓慢向右平移一小段距离的过程中,各物理量与负极板移动距离x的关系图象中正确的是( C )
跟踪训练2 如图甲所示为某
( http: / / www.21cnjy.com )同学设计的电容式位移传感器原理图,其中右板为固定极板,左板为可动极板,待测物体固定在可动极板上.若两极板所带电荷量Q恒定,极板两端电压U将随待测物体的左右移动而变化,若U随时间t的变化关系为U=at+b(a、b为大于零的常数),其图象如图乙所示,那么图丙、丁中反映极板间场强大小E和物体位移x随时间t变化的图线是(设t=0时物体位移为零)
( D )
A.①和③
B.②和④
C.②和③
D.①和④
考点三、带电粒子在电场中的直线运动
1.带电粒子在电场中的运动,综合了静电
( http: / / www.21cnjy.com )场和力学的知识,分析方法和力学的分析方法基本相同:先分析受力情况,再分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速;直线还是曲线),然后选用恰当的规律解题.解决这类问题的基本方法是:(1)采用运动和力的观点:牛顿第二定律和运动学知识求解.(2)用能量转化的观点:动能定理和功能关系求解.
2.对带电粒子进行受力分析时应注意的问题
(1)要掌握电场力的特点.电场力的
( http: / / www.21cnjy.com )大小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、α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.
例3、静电场方向平行于x轴,其电势
( http: / / www.21cnjy.com )φ随x的分布可简化为如图所示的折线,图中φ0和d为已知量.一个带负电的粒子在电场中以x=0为中心、沿x轴方向做周期性运动,已知该粒子质量为m、电荷量为-q,其动能与电势能之和为-A(0
(1)粒子所受电场力的大小;
(2)粒子的运动区间;
(3)粒子的运动周期.
考点四、带电粒子在电场中的偏转
在图中,设带电粒子质量为m,带电荷量为q,以
( http: / / www.21cnjy.com )速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场,偏转电压为U,若粒子飞离偏转电场时的偏距为y,偏转角为θ,则
tan
θ===,y=ayt2=
带电粒子从极板的中线射入匀
( http: / / www.21cnjy.com )强电场,其出射时速度方向的反向延长线交于极板中线的中点.所以侧移距离也可表示为y=tan
θ,所以粒子好像从极板中央沿直线飞出去一样.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qU0=mv,即y=,tan
θ==.由以上讨论可知,粒子的偏转角和偏距与粒子的q、m无关,仅决定于加速电场和偏转电场,即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场,它们在电场中的偏转角度和偏转距离总是相同的.
例4
如图所示,甲图是用
( http: / / www.21cnjy.com )来使带正电的离子加速和偏转的装置.乙图为该装置中加速与偏转电场的等效模拟.以y轴为界,左侧为沿x轴正向的匀强电场,场强为E.右侧为沿y轴负方向的匀强电场.已知OA⊥AB,OA=AB,且OB间的电势差为U0.若在x轴的C点无初速度地释放一个电荷量为q、质量为m的正离子(不计重力),且正离子刚好通过B点.求:
(1)C、O间的距离d;
(2)粒子通过B点的速度大小.
考点五、带电粒子在电场中运动的综合问题
例5
如图所示,两平行金属板A、B长
( http: / / www.21cnjy.com )L=8
cm,两板间距离d=8
cm,A板比B板电势高300
V.一带正电的粒子电荷量q=10-10
C,质量m=10-20
kg,沿电场中心线RO垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106
m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后,进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域,(设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响).已知两界面MN、PS相距为12
cm,D是中心线RO与界面PS的交点,O点在中心线上,距离界面PS为9
cm,粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上.(静电力常量k=9.0×109
N·m2/C2)
(1)求粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离多远?到达PS界面时离D点多远?
(2)在图上粗略画出粒子运动的轨迹.
限时训练
1、如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板的速度为v,保持两极间电压不变,则( C )
A.当减小两板间的距离时,速度v增大
B.当减小两极间的距离时,速度v减小
C.当减小两极间的距离时,速度v不变
D.当减小两极间的距离时,电子在两极间运动的时间变长
2、如图所示,倾斜放置的平行板电容器两
( http: / / www.21cnjy.com )极板与水平面夹角为θ,极板间距为d,带负电的微粒质量为m、带电荷量为q,从极板M的左边缘A处以初速度v0水平射入,沿直线运动并从极板N的右边缘B处射出,则( C )
A.微粒到达B点时动能为mv
B.微粒的加速度大小等于gsinθ
C.两极板的电势差UMN=
D.微粒从A点到B点的过程电势能减少
3、(多选)如图所示,在真空中A、
( http: / / www.21cnjy.com )B两块平行金属板竖直放置并接入电路.调节滑动变阻器,使A、B两板间的电压为U时,一质量为m、电荷量为-q的带电粒子,以初速度v0从A板上的中心小孔沿垂直两板的方向射入电场中,恰从A、B两板的中点处沿原路返回(不计重力),则下列说法正确的是( BC )
A.使初速度变为2v0时,带电粒子恰能到达B板
B.使初速度变为2v0时,带电粒子将从B板中心小孔射出
C.使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时,带电粒子恰能到达B板
D.使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时,带电粒子将从B板中心小孔射出
4、(多选)如图一根不可伸长绝缘的细线一
( http: / / www.21cnjy.com )端固定于O点,另一端系一带电小球,置于水平向右的匀强电场中,现把细线水平拉直,小球从A点静止释放,经最低点B后,小球摆到C点时速度为0,则( BD )
A.小球在B点时速度最大
B.小球从A点到B点的过程中,机械能一直在减少
C.小球在B点时的绳子拉力最大
D.从B点到C点的过程中小球的电势能一直增加
5、(多选)在如图所示的竖直向下的匀强电场中,用绝缘细线拴住的带电小球在竖直平面内绕悬点O做圆周运动,下列说法正确的是( ABD )
A.带电小球有可能做匀速率圆周运动
B.带电小球有可能做变速率圆周运动
C.带电小球通过最高点时,细线拉力一定最小
D.带电小球通过最低点时,细线拉力有可能最小
6、(多选)如图甲,两水平金属板间距为d,板间电场强度的变化规律如图乙所示.t=0时刻,质量为m的带电微粒以初速度v0沿中线射入两板间,0~时间内微粒匀速运动,T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出.微粒运动过程中未与金属板接触.重力加速度的大小为g.关于微粒在0~T时间内运动的描述,正确的是( BC )
A.末速度大小为v0
B.末速度沿水平方向
C.重力势能减少了mgd
D.克服电场力做功为mgd
7、(多选)长为l、间距为d的平行金
( http: / / www.21cnjy.com )属板M、N带等量异种电荷,A、B两带电粒子分别以不同速度v1、v2从金属板左侧同时射入板间,粒子A从上板边缘射入,速度v1平行金属板,粒子B从下板边缘射入,速度v2与下板成一定夹角θ(θ≠0),如图所示.粒子A刚好从金属板右侧下板边缘射出,粒子B刚好从上板边缘射出且速度方向平行金属板,两粒子在板间某点相遇但不相碰.不计粒子重力和空气阻力,则下列判断正确的是( BC )
A.两粒子带电荷量一定相同
B.两粒子一定有相同的比荷
C.粒子B射出金属板的速度等于v1
D.相遇时两粒子的位移大小相等
8、(多选)如图所示,两面积较大、正对
( http: / / www.21cnjy.com )着的平行极板A、B水平放置,极板上带有等量异种电荷.其中A板用绝缘线悬挂,B板固定且接地,P点为两板的中间位置.下列结论正确的是( BD )
A.若在两板间加上某种绝缘介质,A、B两板所带电荷量会增大
B.A、B两板上的电荷分别在P点产生的电场的场强大小相等,方向相同
C.若将A板竖直向上平移一小段距离,两板间的电场强度将增大
D.若将A板竖直向下平移一小段距离,原P点位置的电势将不变
9、如图所示,平行金属板A、B
( http: / / www.21cnjy.com )之间有加速电场,C、D之间有偏转电场,M为荧光屏.今有质子(H)、氘核(H)和氚核(H)均由A板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场,最后打在荧光屏上(不计粒子重力).则下列判断中正确的是( AD )
A.三种粒子从B板射出时的速度之比为?:?:
B.三种粒子同时打到荧光屏上
C.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1?:2?:3
D.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1?:1?:1
10、如图所示是一个说明示波管工作的原
( http: / / www.21cnjy.com )理图,电子经加速电场(加速电压为U1)加速后垂直进入偏转电场,离开偏转电场时偏转量是h,两平行板间的距离为d,电压为U2,板长为l,每单位电压引起的偏移叫作示波管的灵敏度,为了提高灵敏度,可采用下列哪些方法( )
A.增大U1
B.减小l
C.减小d
D.增大U2
11、带电粒子在电场中偏转的综合分析]如图
( http: / / www.21cnjy.com )所示,在两条平行的虚线内存在着宽度为L、电场强度为E的匀强电场,在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行的屏.现有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子(重力不计),以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中,v0方向的延长线与屏的交点为O.试求:
(1)粒子从射入到打到屏上所用的时间;
(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向夹角的正切值tan
α;
(3)粒子打在屏上的点P到O点的距离x.
答案 (1) (2) (3)
12、如图所示,绝缘光滑轨道AB部分为倾角为30°的斜面,AC部分为竖直平面内半径为R的圆轨道,斜面与圆轨道相切.整个装置处于场强为E、方向水平向右的匀强电场中.现有一个质量为m的小球,带正电,电荷量为q=,要使小球能安全通过圆轨道,在O点的初速度应满足什么条件?
答案 v≥
( http: / / www.21cnjy.com / )
13、如图所示,在E=103
V/m的竖直匀强电场中,有一光滑半圆形绝缘轨道QPN与一水平绝缘轨道MN在N点平滑相接,半圆形轨道平面与电场线平行,其半径R=40
cm,N为半圆形轨道最低点,P为QN圆弧的中点,一带负电q=10-4
C的小滑块质量m=10
g,与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.15,位于N点右侧1.5
m的M处,g取10
m/s2,求:
(1)要使小滑块恰能运动到半圆形轨道的最高点Q,则小滑块应以多大的初速度v0向左运动?
(2)这样运动的小滑块通过P点时对轨道的压力是多大?
答案 (1)7
m/s (2)0.6
N
14、如图所示,一电荷量为+
( http: / / www.21cnjy.com )q、质量为m的小物块处于一倾角为37°的光滑斜面上,当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中,小物块恰好静止.重力加速度取g,sin
37°=0.6,cos
37°=0.8.求:
(1)水平向右电场的电场强度;
(2)若将电场强度减小为原来的,物块的加速度是多大;
(3)电场强度变化后物块下滑距离L时的动能.
答案 (1) (2)0.3g (3)0.3mgL
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同课章节目录
选修3-1
第一章 静电场
第二章 恒定电流
第三章 磁场
选修3-2
第四章 电磁感应
第五章 交变电流
第六章 传感器
选修3-3
第七章 分子动理论
第八章 气体
第九章 物态和物态变化
第十章 热力学定律
课题研究 如何提高煤气灶的烧水效率
选修3-4
第十一章 机械振动
第十二章 机械波
第十三章 光
第十四章 电磁波
第十五章 相对论简介
课题研究 社会生活中的电磁波
选修3-5
第十六章 动量守恒定律
第十七章 波粒二象性
第十八章 原子结构
第十九章 原子核
课题研究 研究建建建筑石材的放射性
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