2019-2020年高考物理第一輪復(fù)習(xí)14—電場學(xué)案 新人教版.doc
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2019-2020年高考物理第一輪復(fù)習(xí)14電場學(xué)案 新人教版知識網(wǎng)絡(luò):電荷和電荷守恒定律電場電場力的性質(zhì)場強(qiáng)E=F/q 矢量 電場線勻強(qiáng)電場E=U/d 真空中點(diǎn)電荷的電場E=KQ/r2電場能的性質(zhì)電勢: =/q 標(biāo)量 等勢面電勢差:UAB=UAUB=/q =wAB /q電場力F=Eq(任何電場)F=Kq1q2/r2(真空中點(diǎn)電荷)電勢能:=Q AB=qUAB電場力的功 W=qUAB=AB 做功與路徑無關(guān)帶電粒子在電場中運(yùn)動平衡 直線加速 偏轉(zhuǎn)電場中的導(dǎo)體 靜電感應(yīng) 靜電平衡電容器 電容:C=Q/U單元切塊:按照考綱的要求,本章內(nèi)容可以分成三部分,即:電場的力的性質(zhì);電場的能的性質(zhì);帶電粒子在電場中的運(yùn)動。其中重點(diǎn)是對電場基本性質(zhì)的理解、熟練運(yùn)用電場的基本概念和基本規(guī)律分析解決實際問題。難點(diǎn)是帶電粒子在電場中的運(yùn)動。 電場的力的性質(zhì)教學(xué)目標(biāo):1兩種電荷,電荷守恒,真空中的庫侖定律,電荷量。2電場,電場強(qiáng)度,電場線,點(diǎn)電荷的場強(qiáng),勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度的迭加。教學(xué)重點(diǎn):庫侖定律,電場強(qiáng)度教學(xué)難點(diǎn):對電場強(qiáng)度的理解教學(xué)方法:講練結(jié)合,計算機(jī)輔助教學(xué)教學(xué)過程:一、庫侖定律真空中兩個點(diǎn)電荷之間相互作用的電力,跟它們的電荷量的乘積成正比,跟它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上。即: 其中k為靜電力常量, k=9010 9 Nm2/c21成立條件真空中(空氣中也近似成立),點(diǎn)電荷。即帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計。(這一點(diǎn)與萬有引力很相似,但又有不同:對質(zhì)量均勻分布的球,無論兩球相距多近,r都等于球心距;而對帶電導(dǎo)體球,距離近了以后,電荷會重新分布,不能再用球心距代替r)。2同一條直線上的三個點(diǎn)電荷的計算問題【例1】+4QA B C -Q 在真空中同一條直線上的A、B兩點(diǎn)固定有電荷量分別為+4Q和-Q的點(diǎn)電荷。將另一個點(diǎn)電荷放在該直線上的哪個位置,可以使它在電場力作用下保持靜止?若要求這三個點(diǎn)電荷都只在電場力作用下保持靜止,那么引入的這個點(diǎn)電荷應(yīng)是正電荷還是負(fù)電荷?電荷量是多大?解:先判定第三個點(diǎn)電荷所在的區(qū)間:只能在B點(diǎn)的右側(cè);再由,F(xiàn)、k、q相同時 rArB=21,即C在AB延長線上,且AB=BC。OABmBgFNLdC處的點(diǎn)電荷肯定在電場力作用下平衡了;只要A、B兩個點(diǎn)電荷中的一個處于平衡,另一個必然也平衡。由,F(xiàn)、k、QA相同,Qr2,QCQB=41,而且必須是正電荷。所以C點(diǎn)處引入的點(diǎn)電荷QC= +4Q【例2】已知如圖,帶電小球A、B的電荷分別為QA、QB,OA=OB,都用長L的絲線懸掛在O點(diǎn)。靜止時A、B相距為d。為使平衡時AB間距離減為d/2,可采用以下哪些方法A將小球A、B的質(zhì)量都增加到原來的2倍B將小球B的質(zhì)量增加到原來的8倍C將小球A、B的電荷量都減小到原來的一半D將小球A、B的電荷量都減小到原來的一半,同時將小球B的質(zhì)量增加到原來的2倍解:由B的共點(diǎn)力平衡圖知,而,可知,選BD3與力學(xué)綜合的問題。AB-Q-2Q【例3】 已知如圖,光滑絕緣水平面上有兩只完全相同的金屬球A、B,帶電量分別為-2Q與-Q?,F(xiàn)在使它們以相同的初動能E0(對應(yīng)的動量大小為p0)開始相向運(yùn)動且剛好能發(fā)生接觸。接觸后兩小球又各自反向運(yùn)動。當(dāng)它們剛好回到各自的出發(fā)點(diǎn)時的動能分別為E1和E2,動量大小分別為p1和p2。有下列說法:E1=E2 E0,p1=p2 p0E1=E2= E0,p1=p2= p0 接觸點(diǎn)一定在兩球初位置連線的中點(diǎn)右側(cè)某點(diǎn) 兩球必將同時返回各自的出發(fā)點(diǎn)。其中正確的是A B C D解:由牛頓定律的觀點(diǎn)看,兩球的加速度大小始終相同,相同時間內(nèi)的位移大小一定相同,必然在連線中點(diǎn)相遇,又同時返回出發(fā)點(diǎn)。由動量觀點(diǎn)看,系統(tǒng)動量守恒,兩球的速度始終等值反向,也可得出結(jié)論:兩球必將同時返回各自的出發(fā)點(diǎn)。且兩球末動量大小和末動能一定相等。從能量觀點(diǎn)看,兩球接觸后的電荷量都變?yōu)?-1.5Q,在相同距離上的庫侖斥力增大,返回過程中電場力做的正功大于接近過程中克服電場力做的功,由機(jī)械能定理,系統(tǒng)機(jī)械能必然增大,即末動能增大。選C。本題引出的問題是:兩個相同的帶電小球(可視為點(diǎn)電荷),相碰后放回原處,相互間的庫侖力大小怎樣變化?討論如下:等量同種電荷,F(xiàn) /=F;等量異種電荷,F(xiàn) /=0F;不等量異種電荷F /F、F /=F、F / UBC,選B六、電荷引入電場1將電荷引入電場將電荷引入電場后,它一定受電場力Eq,且一定具有電勢能q。2在電場中移動電荷電場力做的功在電場中移動電荷電場力做的功W=qU,只與始末位置的電勢差有關(guān)。在只有電場力做功的情況下,電場力做功的過程是電勢能和動能相互轉(zhuǎn)化的過程。W= -E=EK。 無論對正電荷還是負(fù)電荷,只要電場力做功,電勢能就減??;克服電場力做功,電勢能就增大。 正電荷在電勢高處電勢能大;負(fù)電荷在電勢高處電勢能小。 利用公式W=qU進(jìn)行計算時,各量都取絕對值,功的正負(fù)由電荷的正負(fù)和移動的方向判定。+a oc 每道題都應(yīng)該畫出示意圖,抓住電場線這個關(guān)鍵。(電場線能表示電場強(qiáng)度的大小和方向,能表示電勢降低的方向。有了這個直觀的示意圖,可以很方便地判定點(diǎn)電荷在電場中受力、做功、電勢能變化等情況。)【例2】 如圖所示,在等量異種點(diǎn)電荷的電場中,將一個正的試探電荷由a 點(diǎn)沿直線移到O點(diǎn),再沿直線由O點(diǎn)移到c點(diǎn)。在該過程中,檢驗電荷所受的電勢能如何改變?解:根據(jù)電場線和等勢面的分布可知:試探電荷由a 點(diǎn)沿直線移到O點(diǎn),電場力先作正功,再沿直線由O點(diǎn)移到c點(diǎn)的過程中,電荷沿等勢面運(yùn)動,電場力不作功,電勢能不變化,故,全過程電勢能先減小后不變。+ABFv【例3】 如圖所示,將一個電荷量為q = +310-10C的點(diǎn)電荷從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中,克服電場力做功610-9J。已知A點(diǎn)的電勢為A= - 4V,求B點(diǎn)的電勢。解:先由W=qU,得AB間的電壓為20V,再由已知分析:向右移動正電荷做負(fù)功,說明電場力向左,因此電場線方向向左,得出B點(diǎn)電勢高。因此B=16V?!纠?】粒子從無窮遠(yuǎn)處以等于光速十分之一的速度正對著靜止的金核射去(沒有撞到金核上)。已知離點(diǎn)電荷Q距離為r處的電勢的計算式為 =,那么粒子的最大電勢能是多大?由此估算金原子核的半徑是多大?解:粒子向金核靠近過程克服電場力做功,動能向電勢能轉(zhuǎn)化。設(shè)初動能為E,到不能再接近(兩者速度相等時),可認(rèn)為二者間的距離就是金核的半徑。根據(jù)動量守恒定律和能量守恒定律,動能的損失,由于金核質(zhì)量遠(yuǎn)大于粒子質(zhì)量,所以動能幾乎全部轉(zhuǎn)化為電勢能。無窮遠(yuǎn)處的電勢能為零,故最大電勢能E=J,再由E=q=,得r =1.210-14m,可見金核的半徑不會大于1.210-14m。ABCD【例5】 已知ABC處于勻強(qiáng)電場中。將一個帶電量q= -210-6C的點(diǎn)電荷從A移到B的過程中,電場力做功W1= -1.210-5J;再將該點(diǎn)電荷從B移到C,電場力做功W2= 610-6J。已知A點(diǎn)的電勢A=5V,則B、C兩點(diǎn)的電勢分別為_V和_V。試在右圖中畫出通過A點(diǎn)的電場線。解:先由W=qU求出AB、BC間的電壓分別為6V和3V,再根據(jù)負(fù)電荷AB電場力做負(fù)功,電勢能增大,電勢降低;BC電場力做正功,電勢能減小,電勢升高,知B= -1VC=2V。沿勻強(qiáng)電場中任意一條直線電勢都是均勻變化的,因此AB中點(diǎn)D的電勢與C點(diǎn)電勢相同,CD為等勢面,過A做CD的垂線必為電場線,方向從高電勢指向低電勢,所以斜向左下方。abcPQ【例6】 如圖所示,虛線a、b、c是電場中的三個等勢面,相鄰等勢面間的電勢差相同,實線為一個帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下,通過該區(qū)域的運(yùn)動軌跡,P、Q是軌跡上的兩點(diǎn)。下列說法中正確的是 A.三個等勢面中,等勢面a的電勢最高B.帶電質(zhì)點(diǎn)一定是從P點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動C.帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時的加速度比通過Q點(diǎn)時小D.帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時的動能比通過Q點(diǎn)時小解:先畫出電場線,再根據(jù)速度、合力和軌跡的關(guān)系,可以判定:質(zhì)點(diǎn)在各點(diǎn)受的電場力方向是斜向左下方。由于是正電荷,所以電場線方向也沿電場線向左下方。答案僅有D七、高考題選編:1如圖所示,Q是帶正電的點(diǎn)電荷,P1和P為其電場中的兩點(diǎn)。若E1、E2為P1、P2兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小,1、2為P1、P2兩點(diǎn)的電勢,則( )(92年高考題)A.E1E2,12B.E1E2,12C.E12D.E1E2,1bcBEaEbEcCabbcDEaEbEc5若帶正電荷的小球只受到電場力作用,則它在任意一段時間內(nèi)( )。(94年高考題)A.一定沿電力線由高電勢處向低電勢處運(yùn)動;B.一定沿電力線由低電勢處向高電勢處運(yùn)動;C.不一定沿電力線運(yùn)動,但一定由高電勢處向低電勢處運(yùn)動;D.不一定沿電力線運(yùn)動,也不一定由高電勢處向低電勢處運(yùn)動。6一個帶正電的質(zhì)點(diǎn),電量q=2.010-9庫,在靜電場中由a點(diǎn)移到b點(diǎn),在這過程中,除電場力外,其他力作的功為6.010-5焦,質(zhì)點(diǎn)的動能增加了8.010-5焦,則a、b兩點(diǎn)間的電勢差Ua-Ub為( )。(94年高考題)A.3104伏;B.1104伏;C.4104伏;D.7104伏。7在靜電場中( )(95年高考題)A.電場強(qiáng)度處處為零的區(qū)域內(nèi),電勢也一定處處為零;B.電場強(qiáng)度處處相同的區(qū)域內(nèi),電勢也一定處處相同;C.電場強(qiáng)度的方向總是跟等勢面垂直的;D.沿著電場強(qiáng)度的方向,電勢總是不斷降低的.參考答案:1. A 2. 2d, 3. 9 4. A 5. D 6.B 7.CD八、針對訓(xùn)練1.電場中有A、B兩點(diǎn),一個點(diǎn)電荷在A點(diǎn)的電勢能為1.210-8 J,在B點(diǎn)的電勢能為0.8010-8 J.已知A、B兩點(diǎn)在同一條電場線上,如圖所示,該點(diǎn)電荷的電荷量為1.010-9C,那么A.該電荷為負(fù)電荷 B.該電荷為正電荷C.A、B兩點(diǎn)的電勢差UAB=4.0 VD.把電荷從A移到B,電場力做功為W=4.0 J2.某電場中等勢面分布如圖所示,圖中虛線表示等勢面,過a、b兩點(diǎn)的等勢面電勢分別為40 V和10 V,則a、b連線的中點(diǎn)c處的電勢應(yīng)A.肯定等于25 V B.大于25 VC.小于25 V D.可能等于25 V3.(xx年上海高考試題)如圖所示,在粗糙水平面上固定一點(diǎn)電荷Q,在M點(diǎn)無初速釋放一帶有恒定電荷量的小物塊,小物塊在Q的電場中運(yùn)動到N點(diǎn)靜止,則從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)的過程中A.小物塊所受電場力逐漸減小 B.小物塊具有的電勢能逐漸減小C.M點(diǎn)的電勢一定高于N點(diǎn)的電勢D.小物塊電勢能變化量的大小一定等于克服摩擦力做的功4.如圖所示,M、N兩點(diǎn)分別放置兩個等量種異電荷,A為它們連線的中點(diǎn),B為連線上靠近N的一點(diǎn),C為連線中垂線上處于A點(diǎn)上方的一點(diǎn),在A、B、C三點(diǎn)中A.場強(qiáng)最小的點(diǎn)是A點(diǎn),電勢最高的點(diǎn)是B點(diǎn)B.場強(qiáng)最小的點(diǎn)是A點(diǎn),電勢最高的點(diǎn)是C點(diǎn)C.場強(qiáng)最小的點(diǎn)是C點(diǎn),電勢最高的點(diǎn)是B點(diǎn)D.場強(qiáng)最小的點(diǎn)是C點(diǎn),電勢最高的點(diǎn)是A點(diǎn)5.AB連線是某電場中的一條電場線,一正電荷從A點(diǎn)處自由釋放,電荷僅在電場力作用下沿電場線從A點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)動過程中的速度圖象如圖所示,比較A、B兩點(diǎn)電勢的高低和場強(qiáng)E的大小,下列說法中正確的是A.AB,EAEBB.AB,EAEBC.AB,EAEBD.AB,EAEB6.如圖所示,平行的實線代表電場線,方向未知,電荷量為110-2C的正電荷在電場中只受電場力作用,該電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn),動能損失了0.1 J,若A點(diǎn)電勢為-10 V,則B點(diǎn)電勢為零電場線方向向左電荷運(yùn)動的軌跡可能是圖中曲線電荷運(yùn)動的軌跡可能是圖中曲線A.B.C.D.7.如圖所示,光滑絕緣的水平面上M、N兩點(diǎn)各放一電荷量分別為+q和+2q,完全相同的金屬球A和B,給A和B以大小相等的初動能E0(此時動量大小均為p0)使其相向運(yùn)動剛好能發(fā)生碰撞,碰后返回M、N兩點(diǎn)時的動能分別為E1和E2,動量大小分別為p1和p2,則A.E1=E2=E0 p1=p2=p0B.E1=E2E0 p1=p2p0C.碰撞發(fā)生在M、N中點(diǎn)的左側(cè) D.兩球不同時返回M、N兩點(diǎn)8.已知空氣的擊穿電場強(qiáng)度為2106 V/m,測得某次閃電火花長為600 m,則發(fā)生這次閃電時放電路徑兩端的電勢差U=_.若這次閃電通過的電荷量為20 C,則釋放的能量為_.(設(shè)閃電的火花路徑為直線)9.如圖所示,在勻強(qiáng)電場中分布著A、B、C三點(diǎn),且BC=20 cm.當(dāng)把一個電荷量q=10-5 C的正電荷從A點(diǎn)沿AB線移到B點(diǎn)時,電場力做功為零.從B點(diǎn)移到C點(diǎn)時,電場力做功為-1.7310-3J,則電場的方向為_,場強(qiáng)的大小為_.10.如圖12510所示中,A、B、C、D是勻強(qiáng)電場中一正方形的四個頂點(diǎn),已知A、B、C三點(diǎn)的電勢分別為A=15 V,B =3 V,C=-3 V,由此可得D點(diǎn)的電勢D=_ V.11.質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)點(diǎn),在靜電力作用下以恒定速率v沿圓弧從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn),其速度方向改變的角度為(rad),AB弧長為s,則A、B兩點(diǎn)間的電勢差A(yù)-B=_,AB弧中點(diǎn)的場強(qiáng)大小E=_.12.(12分)有兩個帶電小球m1與m2,分別帶電+Q1和+Q2,在絕緣光滑水平面上,沿同一直線相向運(yùn)動,當(dāng)它們相距r時,速率分別為v1與v2,電勢能為E,在整個運(yùn)動過程中(不相碰)電勢能的最大值為多少?13.(12分)傾角為30的直角三角形底邊長為2 L,底邊處在水平位置,斜邊為光滑絕緣導(dǎo)軌,現(xiàn)在底邊中點(diǎn)O處固定一正電荷Q,讓一個質(zhì)量為m的帶正電質(zhì)點(diǎn)q從斜面頂端A沿斜邊滑下(不脫離斜面),如圖所示,已測得它滑到B在斜面上的垂足D處時速度為v,加速度為a,方向沿斜面向下,問該質(zhì)點(diǎn)滑到斜邊底端C點(diǎn)時的速度和加速度各為多大?14.(12分)如圖所示,板車B靜止在光滑水平面上,一可以忽略大小的小物塊A靜止在小車B的左端,已知物塊A的質(zhì)量為m,電荷量為+Q;小車B的質(zhì)量為M,電荷量為-Q,上表面絕緣,長度足夠長;A、B間的動摩擦因數(shù)為,A、B間的庫侖力不計,A、B始終都處在場強(qiáng)大小為E、方向水平向左的勻強(qiáng)電場中.在t=0時刻物塊A受到一大小為I,方向水平向右的沖量作用開始向小車B的右端滑行.求: (1)物塊A的最終速度大??;(2)物塊A距小車B左端的最大距離.參考答案1.A 2.C 3.ABD 4.C 5.A6.C 正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),動能減少,電場力做負(fù)功,電勢能增加,電勢升高,UBA=V=10 V=B-A.得B=0.電荷所受電場力方向向左,軌跡為曲線.7.B 完全相同的兩金屬球初動能、動量大小相同,則初速度大小相同,于M、N中點(diǎn)相碰時速度均減為零,之后由于庫侖斥力變大,同時返回M、N兩點(diǎn)時速度大小同時變大但彼此相等,方向相反.8.1.2109 V;2.41010 J9.垂直于A、B線斜向下;1000 V/m 10.911.0; A、B位于同一條等勢圓弧線上,圓弧線上每一點(diǎn)場強(qiáng)大小相同,由牛頓運(yùn)動定律及圓的有關(guān)知識即可求解.12.Em=E+ 由動量守恒定律可得兩球最接近,即電勢能最大時二者的共同速度,再由能量守恒定律可求得電勢能的最大值.13.vC=,aC=g-a 在D點(diǎn):mgsin30-FDsin30=ma,在C點(diǎn):mgsin30+FDcos30=maC,D和C在同一等勢面上,F(xiàn)D=FC,得aC=2gsin30-a=g-a.質(zhì)點(diǎn)從D到C的過程中運(yùn)用動能定理可得:mgLsin60=m(vC2-v2),從而得出結(jié)論.14.(1) (2),由動量守恒定律和能的轉(zhuǎn)化和守恒定律求解.教學(xué)后記電場能在近年高考中是經(jīng)常和動能定理,功能關(guān)系結(jié)合命題,電場力做功和電勢能的改變可以類比重力做功來分析,教會學(xué)生應(yīng)用類比法這一重要思維方法。 帶電粒子在電場中的運(yùn)動教學(xué)目標(biāo):1. 熟練應(yīng)所學(xué)電場知識分析解決帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動問題。2. 理解電容器的電容,掌握平行板電容器的電容的決定因素3. 掌握示波管,示波器及其應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn):帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動教學(xué)難點(diǎn):帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動教學(xué)方法:講練結(jié)合,計算機(jī)輔助教學(xué)教學(xué)過程:一、帶電粒子在電場中的運(yùn)動1.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的加速一般情況下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(yùn)動性質(zhì)、軌跡形狀也無關(guān)?!纠?】tU0-U0oT/2 T 3T/2 2T 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A.從t=0時刻釋放電子,電子將始終向右運(yùn)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解:從t=0時刻釋放電子,如果兩板間距離足夠大,電子將向右先勻加速T/2,接著勻減速T/2,速度減小到零后,又開始向右勻加速T/2,接著勻減速T/2直到打在右極板上。電子不可能向左運(yùn)動;如果兩板間距離不夠大,電子也始終向右運(yùn)動,直到打到右極板上。從t=T/4時刻釋放電子,如果兩板間距離足夠大,電子將向右先勻加速T/4,接著勻減速T/4,速度減小到零后,改為向左先勻加速T/4,接著勻減速T/4。即在兩板間振動;如果兩板間距離不夠大,則電子在第一次向右運(yùn)動過程中就有可能打在右極板上。從t=3T/8時刻釋放電子,如果兩板間距離不夠大,電子將在第一次向右運(yùn)動過程中就打在右極板上;如果第一次向右運(yùn)動沒有打在右極板上,那就一定會在第一次向左運(yùn)動過程中打在左極板上。選ACU L dv0m,qyvt2.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長L板間距離為d的平行板電容器間,兩板間電壓為U,求射出時的側(cè)移、偏轉(zhuǎn)角和動能增量。(1)側(cè)移:千萬不要死記公式,要清楚物理過程。根據(jù)不同的已知條件,結(jié)論改用不同的表達(dá)形式(已知初速度、初動能、初動量或加速電壓等)。(2)偏角:,注意到,說明穿出時刻的末速度的反向延長線與初速度延長線交點(diǎn)恰好在水平位移的中點(diǎn)。這一點(diǎn)和平拋運(yùn)動的結(jié)論相同。穿越電場過程的動能增量:EK=Eqy (注意,一般來說不等于qU)o 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3U0u0.06LL LU0yOt【例2】如圖所示,熱電子由陰極飛出時的初速忽略不計,電子發(fā)射裝置的加速電壓為U0。電容器板長和板間距離均為L=10cm,下極板接地。電容器右端到熒光屏的距離也是L=10cm。在電容器兩極板間接一交變電壓,上極板的電勢隨時間變化的圖象如左圖。(每個電子穿過平行板的時間極短,可以認(rèn)為電壓是不變的)求:在t=0.06s時刻,電子打在熒光屏上的何處?熒光屏上有電子打到的區(qū)間有多長?屏上的亮點(diǎn)如何移動?解:由圖知t=0.06s時刻偏轉(zhuǎn)電壓為1.8U0,可求得y = 0.45L= 4.5cm,打在屏上的點(diǎn)距O點(diǎn)13.5cm。電子的最大側(cè)移為0.5L(偏轉(zhuǎn)電壓超過2.0U0,電子就打到極板上了),所以熒光屏上電子能打到的區(qū)間長為3L=30cm。屏上的亮點(diǎn)由下而上勻速上升,間歇一段時間后又重復(fù)出現(xiàn)。3.帶電物體在電場力和重力共同作用下的運(yùn)動。當(dāng)帶電體的重力和電場力大小可以相比時,不能再將重力忽略不計。這時研究對象經(jīng)常被稱為“帶電微?!?、“帶電塵埃”、“帶電小球”等等。這時的問題實際上變成一個力學(xué)問題,只是在考慮能量守恒的時候需要考慮到電勢能的變化。-+OC【例3】 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(diǎn),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(diǎn)。當(dāng)給小球一個水平?jīng)_量后,它可以在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)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(diǎn)開始在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動,至少要給小球多大的水平?jīng)_量?在這種情況下,在小球運(yùn)動過程中細(xì)繩所受的最大拉力是多大?OACBE解:由已知,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(diǎn),最小速度對應(yīng)最小的向心力,這時細(xì)繩的拉力為零,合力為2mg,可求得速度為v=,因此給小球的最小沖量為I = m。在最高點(diǎn)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(diǎn),解得F=12mg。【例4】 已知如圖,勻強(qiáng)電場方向水平向右,場強(qiáng)E=1.5106V/m,絲線長l=40cm,上端系于O點(diǎn),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(diǎn)A由靜止釋放,求:(1)小球擺到最高點(diǎn)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.電容器的電容電容是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。3.平行板電容器的電容平行板電容器的電容的決定式是: 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。這里一定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KMN【例5】 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(yùn)動打到上極板?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 解:由上面的分析可知選B,選C。A【例6】 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=9.010-12Fm-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?解:先求得未按下時的電容C1=0.75pF,再由得和C2=1.00pF,得d=0.15mm。【例7】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(diǎn),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(diǎn)的電勢能。若保持負(fù)極板不動,將正極板移到圖中虛線所示的位置,則()PAU變小,E不變BE變大,W變大CU變小,W不變DU不變,W不變解析:當(dāng)平行板電容器充電后與電源斷開時,對有關(guān)物理量變化的討論,要注意板間場強(qiáng)的一個特點(diǎn): ,即對于介質(zhì)介電常數(shù)為的平行板電容器而言,兩極間場強(qiáng)只與極板上單位面積的帶電量成正比。帶電量Q不變,兩極間場強(qiáng)E保持不變,由于板間d距離減小,據(jù)可知,電容器的電壓變小。由于場強(qiáng)E保持不變,因此,P點(diǎn)與接地的負(fù)極板即與地的電勢差保持不變,即點(diǎn)P的電勢保持不變,因此電荷在P點(diǎn)的電勢能W保持不變。所以本題應(yīng)選AC。電容式傳感器在測量中有著重要的應(yīng)用,因此在學(xué)復(fù)習(xí)中不可忽視。關(guān)鍵在于抓住所測物理量與電容器中電容的聯(lián)系,問題就迎刃而解了。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。【例8】如圖所示電路中,忽略電源電阻,下列說法中正確的是()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)綜合電容器通過電學(xué)與力學(xué)知識聯(lián)系起來時,解答這一類題目的關(guān)鍵還是在力學(xué)上,只要在對物體進(jìn)行受力分析時,注意對帶電體所受的電場力分析,再應(yīng)用力學(xué)相關(guān)知識即可求解。必須注意的是:當(dāng)帶電體運(yùn)動過程中與其它導(dǎo)體有接觸時,有可能所帶電量要發(fā)生變化。ER1R2CR4R3CKOCC【例9】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(diǎn)O?,F(xiàn)在把開關(guān)K斷開,此小球向一個極板運(yùn)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(yùn)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(diǎn)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(yùn)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)椋瑢π∏驈倪\(yùn)動過程應(yīng)用動能定理有,所以。金屬芯線導(dǎo)電液體電介質(zhì)h三、針對訓(xùn)練1.1999年7月12日日本原子能公司所屬敦賀灣核電站由于水管破裂導(dǎo)致高輻射冷卻劑外流,在檢測此次重大事故中應(yīng)用了非電量變化(冷卻劑 外泄使管中液面變化)轉(zhuǎn)移為電信號的自動化測量技術(shù).圖是一種通過檢測電容器電容的變化來檢測液面高低的儀器原理圖,容器中裝有導(dǎo)電液體,是電容器的一個電極,中間的芯柱是電容器的另一個電極,芯柱外面套有絕緣管(塑料或橡皮)作為電介質(zhì),電容器的兩個電極分別用導(dǎo)線接在指示器上,指示器上顯示的是電容的大小,但從電容的大小就可知容器中液面位置的高低,為此,以下說法中正確的是A.如果指示器顯示出電容增大了,則兩電極正對面積增大,必液面升高B.如果指示器顯示電容減小了,則兩電極正對面積增大,必液面升高C.如果指示器顯示出電容增大了,則兩電極正對面積減小,液面必降低D.如果指示器顯示出電容減小了,則兩電極正對面積增大,液- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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