高中物理 6.3电容器 带电粒子在电场中的运动基础课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,考点,1,电容器 电容,电容器 带电粒子在电场中的运动,平行板电容器动态问题的分析方法,1.,运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路。,(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,=,r,S,/(4,kd,),分析平行板电容器电容的变化。,(3),用定义式,C,=,Q,/,U,分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。,(4),用,E,=,U,/,d,分析电容器极板间场强的变化。,2.,电容器两类问题的分析流程图,在分析平行板电容器的电容及其他参量的动态变化时，有两个技巧：,(1),确定不变量，,(2),选择合适的公式分析。,典例一,平行板电容器的动态分析,【,例,1】,用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的,因素,(,如图所示,),。设两极板正对面积为,S,，极板间,的距离为,d,，静电计指针偏角为,。实验中，极板所带,电荷量不变，若,(),A.,保持,S,不变，增大,d,，则,变大,B.,保持,S,不变，增大,d,，则,变小,C.,保持,d,不变，减小,S,，则,变小,D.,保持,d,不变，减小,S,，则,不变,求解此题时，首先应明确静电计偏角的大小反映了电容器两极板间电压的大小。在分析中要熟练应用,C,=,Q,/,U,=,r,S,/(4,kd,),的关系式。,【,解析,】,保持,S,不变，增大,d,，平行板电容器的电容减小，由于电容器的电荷量不变，由,Q,=,CU,可以判断极板间电势差变大，静电计指点针偏角,变大，选项,A,正确，,B,错误；保持,d,不变，减小,S,，电容器电容变小，由,Q,=,CU,可以判断极板间电势差变大，选项,C,、,D,错误。,A,如图所示，一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地。在两极板间有一点,P,，用,E,表示两极板间的场强，,U,表示电容器的电压，,表示,P,点的电势。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则,(,),A.,U,变小，,E,不变,B.,E,变大，,变大,C.,U,变小，,不变,D.,U,不变，,不变,A C,(2),粒子的偏转角问题,已知电荷情况及初速度,如图所示，设带电粒子质量为,m,，带电荷量为,q,，,以速度,v,0,垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转,电压为,U,1,。若粒子飞出电场时偏转角为,，则,tan,=,v,y,/,v,x,，式中,v,y,=,at,=,qU,1,/(,dm,)(,l,/,v,0,),，,v,x,=,v,0,，代入得,tan,=,qU,1,l,/(,mv,0,2,d,),。,结论：,动能一定时,tan,与,q,成正比，电荷量相同时,tan,与动能成反比。,考点,2,带电粒子在电场中的运动,1.,带电粒子在电场中偏转问题的处理方法,(1),类似于平抛运动的处理，应用运动的合成与分解的方法。,沿初速度方向：做匀速直线运动。,运动时间：,t,=,l,/,v,0,。,沿电场力方向：做匀加速直线运动。,加速度为：,a,=,F,/,m,=,qE,/,m,=,qU,/(,md,),。,已知加速电压,U,0,若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压,U,0,加速后进入偏转电场的，则由动能定理有：,qU,0,=(1/2),mv,0,2,由式得：,tan,=,U,1,l,/(2,U,0,d,),结论：,粒子的偏转角与粒子的,q,、,m,无关，仅取决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总是相同的。,(3),粒子的偏转量问题,y,=(1/2),at,2,=(1/2),qU,1,/(,dm,)(,l,/,v,0,),2,作粒子速度的反向延长线，设交于,O,点，,O,点与电场边缘的距离为,x,，则,x,=,y,/tan,=,qU,1,l,2,/(2,dmv,0,2,)/,qU,1,l,/(,mv,0,2,d,)=,l,/2,。,结论：,粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的,l,/2,处沿直线射出。,若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压,U,0,加速后进入偏转电场的，则由和，得：,y,=,U,1,l,2,/(4,U,0,d,),结论：,粒子的偏转角和偏转距离与粒子的,q,、,m,无关，仅取决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,2】,制备纳米薄膜装置的工作电,极可简化为真空中间距为,d,的两,平行极板，如图甲所示。,加在极板,A,、,B,间的电压,U,AB,作周,期性变化，其正向电压为,U,0,，反,向电压为,-,kU,0,(,k,1),，电压变化的,周期为,2,，如图乙所示。在,t,=0,时，极板,B,附近的一个,电子，质量为,m,、电荷量为,e,，受电场作用由静止开始运动。,若整个运动过程中，电子未碰到极板,A,，且不考虑重力作用。,若,k,=54,，电子在,0,2,时间内不能到达极板,A,，求,d,应满足的,条件？,典例二,带电粒子在电场中的直线运动,甲,乙,讨论带电粒子在电场中做直线运动,(,加速或减速,),的方法：,(1),能量方法,能量守恒定律；,(2),功和能方法,动能定理；,(3),力和加速度方法,牛顿运动定律，匀变速直线运动公式。,【,解析,】,电子在,0,时间内做匀加速运动,加速度的大小,a,1,=,eU,0,/(,md,),位移,x,1,=(1/2),a,1,2,在,2,时间内先做匀减速运动，后反向做匀加速运动,加速度的大小,a,2,=5,eU,0,/(4,md,),初速度的大小,v,1,=,a,1,匀减速运动阶段的位移,x,2,=,v,1,2,/(2,a,2,),由题知,d,x,1,+,x,2,，解得,d,如图所示，水平放置的,A,、,B,两平行,板相距,h,，上板,A,带正电。现有质量,为,m,、电荷量为,+,q,的小球在,B,板下方,距离为,H,处，以初速度,v,0,竖直向上从,B,板小孔进入板间电场，欲使小球刚,好打到,A,板，,A,、,B,间电势差,U,AB,应为多大？,【,答案,】,m,v,0,2,-2,g,(,H,+,h,)/(2,q,),典例三,带电粒子在匀强电场中的偏转,【,例,3】,如图所示，质量为,m,=510,-8,kg,的带电粒子以,v,0,=2,m/s,的速度从水平放置的平行金属板,A,、,B,中,央飞入电场，已知板长,L,=10 cm,，板间距离,d,=2 cm,，,当,AB,间加电压,U,AB,=10,3,V,时，带电粒子恰好沿直线,穿过电场,(,设此时,A,板电势高,),。求：,(1),带电粒子的电性，电荷量为多少？,(2),A,、,B,间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出？,【,解析,】,(1),U,AB,=10,3,V,时，粒子做直线运动，有,qU,/,d,=,mg,，,q,=,mgd,/,U,=10,-11,C,，带负电。,(2),当电压,U,AB,比较大时，,qE,mg,，粒子向上偏，,qU,1,/,d,-,mg,=,ma,1,当刚好能出去时，,y,=(1/2),a,1,t,2,=(1/2),a,1,(,L,/,v,0,),2,=,d,/2,解之得,U,1,=1 800 V,。,电压,U,AB,比较小时，,qE,mg,，粒子向下偏，设刚好能从下板边缘飞出，有：,mg,-,qU,2,/,d,=,ma,2,y,=(1/2),a,2,t,2,=,d,/2,解之得,U,2,=200 V,。,则要使粒子能从板间飞出，,A,、,B,间所加电压的范围为,200 V,U,AB,1 800 V,。,(1),处理带电粒子垂直射入匀强电场中的偏转问题的一般方法是运动的合成与分解。,(2),在不涉及速度方向时，用动能定理求解较方便。,(3),微观粒子,(,如电子、质子、,粒子等,),的重力都忽略不计；但当带电体是液滴、小球等时，一般要考虑重力。,【,答案,】,(1)(-2,L,，,L,/4),(2),y,=,L,2,/(4,x,),(3),y,=,L,2,/(4,x,)+,L,2,/(2,nx,),如图所示为研究电子枪中电子在电场中运,动的简化模型示意图。在,Oxy,平面的,ABCD,区域,内，存在两个场强大小均为,E,的匀强电场,和,，,两电场的边界均是边长为,L,的正方形,(,不计电子所,受重力,),。,(1),在该区域,AB,边的中点处由静止释放电子，求,电子离开,ABCD,区域的位置；,(2),在电场,区域内适当位置由静止释放电子，,电子恰能从,ABCD,区域左下角,D,处离 开，求所有释放点的位置；,(3),若将左侧电场,整体水平向右移动,L,/,n,(,n,1),，仍使电子从,ABCD,区域左下角,D,处,离开,(,D,不随电场移动,),，求在电场,区域内由静止释放电子的所有位置。,