2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 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(qiáng)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(yuǎn)大于重力，所以可以認(rèn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)電場。一根長l的絕緣細(xì)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。小球原來靜止在C點。當(dāng)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(xì)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(yīng)最小的向心力，這時細(xì)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(qiáng)電場方向水平向右，場強(qiáng)E=1.5×106V/m，絲線長l=40cm，上端系于O點，下端系質(zhì)量為m=1.0×104kg，帶電量為q=+4.9×10-10C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(dǎo)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容器的電容 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。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(jī)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=9.0×10-12Fm-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，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。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(dá)0.25pF，電子線路就能發(fā)出相應(yīng)的信號。那么為使按鍵得到反應(yīng)，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(fù)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(qiáng)，U表示電容器的電壓，W表示正電荷在P點的電勢能。若負(fù)極板不動，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(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?！纠?】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、兩端電壓相等，均為E，因為，由知，即，所以正確；當(dāng)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(yīng)為A。6、電容器力學(xué)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。現(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(jī)械能損失，碰撞后小球恰能運動到另一極板處，設(shè)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，由小球在O點處靜止可知，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。開關(guān)斷開后，兩極板間電壓為，設(shè)此時兩極板間場強(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(shè)小球與下極板碰撞后的電量變?yōu)?，對小球從運動過程應(yīng)用動能定理有，所以。三、針對訓(xùn)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(fù)功B.粒子從L到M的過程中，電場力做負(fù)功C.粒子從K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(jī)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(qiáng)方向進(jìn)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(fù)極板上b和c同時飛離電場進(jìn)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(jìn)一步證實了電子的存在，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(shè)小油滴質(zhì)量為m，調(diào)節(jié)兩板間電勢差為U，當(dāng)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(dāng)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(qiáng)度為1 mA的細(xì)柱形質(zhì)子流，已知質(zhì)子電荷量e=1.60×10-19 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 78.6.25×1015個，2/1，n=I/e=6.25×1015個，設(shè)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