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1、http:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网2011 届高三物理一轮教案带电粒子在届高三物理一轮教案带电粒子在电场中的运动电场中的运动教学目标：教学目标：1.熟练应所学电场知识分析解决带电粒子在匀强电场中的运动问题。2.理解电容器的电容，掌握平行板电容器的电容的决定因素3.掌握示波管，示波器及其应用。教学重点：教学重点：带电粒子在匀强电场中的运动教学难点教学难点：带电粒子在匀强电场中的运动教学方法：教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程教学过程：一、带电粒子在电场中的运动一、带电粒子在电场中的运动1.带电粒子在匀强电场中的加速一般情况下带电粒子所受的电场力远大于重力，所
2、以可以认为只有电场力做功。由动能定理 W=qU=EK，此式与电场是否匀强无关，与带电粒子的运动性质、轨迹形状也无关。【例 1】如图所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔。右极板电势随时间变化的规律如图所示。电子原来静止在左极板小孔处。（不计重力作用）下列说法中正确的是A.从 t=0 时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上B.从 t=0 时刻释放电子，电子可能在两板间振动C.从 t=T/4 时刻释放电子，电子可能在两板间振动，也可能打到右极板上D.从 t=3T/8 时刻释放电子，电子必将打到左极板上解：从 t=0 时刻释放电子，如果两板间距离足够大，电子将向右先匀加速 T
3、/2，接着匀减速T/2，速度减小到零后，又开始向右匀加速 T/2，接着匀减速 T/2直到打在右极板上。电子不可能向左运动；如果两板间距离不够大，电子也始终向右运动，直到打到右极板上。从 t=T/4时刻释放电子，如果两板间距离足够大，电子将向右先匀加速 T/4，接着匀减速 T/4，速度减小到零后，改为向左先匀加速 T/4，接着匀减速 T/4。即在两板间振动；如果两板间距离不够大，则电子在第一次向右运动过程中就有可能打在右极板上。从 t=3T/8 时刻释放电子，如果两板间距离不够大，电子将在第一次向右运动过程中就打在右极板上；如果第一次向右运动没有打在右极板上，那就一定会在第一次向左运动过程中打在
4、左极板上。选 ACtU0-UoT/2 T 3T/22Thttp:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网2.带电粒子在匀强电场中的偏转质量为 m 电荷量为 q 的带电粒子以平行于极板的初速度 v0射入长 L 板间距离为 d 的平行板电容器间，两板间电压为 U，求射出时的侧移、偏转角和动能增量。（1）侧移：dUULvLdmUqy42122千万不要死记公式，要清楚物理过程。根据不同的已知条件，结论改用不同的表达形式（已知初速度、初动能、初动量或加速电压等）。（2）偏角：dUULdmvUqLvvy2tan2，注意到tan2Ly，说明穿出时刻的末速度的反向延长线与初速度延长线交点恰好在水
5、平位移的中点。这一点和平抛运动的结论相同。穿越电场过程的动能增量：EK=Eqy（注意，一般来说不等于 qU）【例 2】如图所示，热电子由阴极飞出时的初速忽略不计，电子发射装置的加速电压为U0。电容器板长和板间距离均为 L=10cm，下极板接地。电容器右端到荧光屏的距离也是L=10cm。在电容器两极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图象如左图。（每个电子穿过平行板的时间极短，可以认为电压是不变的）求：在 t=0.06s 时刻，电子打在荧光屏上的何处？荧光屏上有电子打到的区间有多长？屏上的亮点如何移动？解：由图知 t=0.06s 时刻偏转电压为 1.8U0，可求得 y=0.45L=4.5c
6、m，打在屏上的点距 O点 13.5cm。电子的最大侧移为 0.5L（偏转电压超过 2.0U0，电子就打到极板上了），所以荧光屏上电子能打到的区间长为 3L=30cm。屏上的亮点由下而上匀速上升，间歇一段时间后又重复出现。3.带电物体在电场力和重力共同作用下的运动。当带电体的重力和电场力大小可以相比时，不能再将重力忽略不计。这时研究对象经常被称为“带电微粒”、“带电尘埃”、“带电小球”等等。这时的问题实际上变成一个力学问题，只是在考虑能量守恒的时候需要考虑到电势能的变化。【例 3】已知如图，水平放置的平行金属板间有匀强电场。一根长 l 的绝缘细绳一端固定在 O 点，另一端系有质量为 m 并带有一
7、定电o0.10.20.30.40.53U0u0.06LU0ytv0m，qyvt-+OChttp:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网荷的小球。小球原来静止在 C 点。当给小球一个水平冲量后，它可以在竖直面内绕 O 点做匀速圆周运动。若将两板间的电压增大为原来的 3 倍，求：要使小球从 C 点开始在竖直面内绕 O点做圆周运动，至少要给小球多大的水平冲量？在这种情况下，在小球运动过程中细绳所受的最大拉力是多大？解：由已知，原来小球受到的电场力和重力大小相等，增大电压后电场力是重力的 3 倍。在 C 点，最小速度对应最小的向心力，这时细绳的拉力为零，合力为 2mg，可求得速度为v=
8、gl2，因此给小球的最小冲量为 I=mgl2。在最高点 D 小球受到的拉力最大。从 C 到 D对小球用动能定理：22212122CDmvmvlmg，在 D 点lmvmgFD22，解得 F=12mg。【例 4】已知如图，匀强电场方向水平向右，场强 E=1.5106V/m，丝线长 l=40cm，上端系于 O 点，下端系质量为 m=1.0104kg，带电量为 q=+4.910-10C 的小球，将小球从最低点 A 由静止释放，求：（1）小球摆到最高点时丝线与竖直方向的夹角多大？（2）摆动过程中小球的最大速度是多大？解：（1）这是个“歪摆”。由已知电场力 Fe=0.75G 摆动到平衡位置时丝线与竖直方向
9、成 37角，因此最大摆角为 74。（2）小球通过平衡位置时速度最大。由动能定理：1.25mg0.2l=mvB2/2，vB=1.4m/s。二、电容器二、电容器1.电容器两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器。2.电容器的电容电容UQC 是表示电容器容纳电荷本领的物理量，是由电容器本身的性质（导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的。3.平行板电容器的电容平行板电容器的电容的决定式是：dskdsC44.两种不同变化电容器和电源连接如图，改变板间距离、改变正对面积或改变板间电解质材料，都会改变其电容，从而可能引起电容器两板间电场的变化。这里一定要分清两种常见的变化：（1）电键 K 保持闭合
10、，则电容器两端的电压恒定（等于电源电动势），这种情况下带电量，CCUQ而ddUEdSkdSC14，Khttp:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网（2）充电后断开 K，保持电容器带电量 Q 恒定，这种情况下sEsdUdsC1,【例 5】如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时，该微粒恰好能保持静止。在保持 K 闭合；充电后将K 断开；两种情况下，各用什么方法能使该带电微粒向上运动打到上极板？A.上移上极板 MB.上移下极板 NC.左移上极板 MD.把下极板 N 接地解：由上面的分析可知选 B，选 C。【例 6】计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容传感器。电容的
11、计算公式是dSC，其中常量=9.010-12Fm-1，S 表示两金属片的正对面积，d 表示两金属片间的距离。当某一键被按下时，d 发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发出相应的信号。已知两金属片的正对面积为 50mm2，键未被按下时，两金属片间的距离为 0.60mm。只要电容变化达 0.25pF，电子线路就能发出相应的信号。那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？解：先求得未按下时的电容 C1=0.75pF，再由1221ddCC得12ddCC和 C2=1.00pF，得d=0.15mm。【例 7】一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一正电荷（电量很小）固定在
12、 P 点，如图所示，以 E 表示两极板间的场强，U 表示电容器的电压，W 表示正电荷在 P 点的电势能。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则（）AU 变小，E 不变BE 变大，W 变大CU 变小，W 不变DU 不变，W 不变解析：当平行板电容器充电后与电源断开时，对有关物理量变化的讨论，要注意板间场强的一个特点：SQkCdQdUE4，即对于介质介电常数为的平行板电容器而言，两极间场强只与极板上单位面积的带电量成正比。带电量 Q 不变，两极间场强 E 保持不变，由于板间 d 距离减小，据EdU 可知，电容器的电压U变小。由于场强 E 保持不变，因此，P 点与接地的负极板即与地的电
13、势差保持不变，即点 P 的电势保持不变，因此电荷在 P 点的电势能 W 保持不变。所以本题应选 AC。KMNAhttp:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网电容式传感器在测量中有着重要的应用，因此在学复习中不可忽视。关键在于抓住所测物理量与电容器中电容的联系，问题就迎刃而解了。5.电容器与恒定电流相联系在直流电路中，电容器的充电过程非常短暂，除充电瞬间以外，电容器都可以视为断路。应该理解的是：电容器与哪部分电路并联，电容器两端的电压就必然与那部分电路两端电压相等。【例 8】如图所示电路中，122CC，122RR，忽略电源电阻，下列说法中正确的是（）开关 K 处于断开状态，电容
14、2C的电量大于1C的电量；开关处于断开状态，电容1C的电量大于2C的电量；开关处于接通状态，电容2C的电量大于1C的电量；开关处于接通状态，电容1C的电量大于2C的电量。A.B.C.D.解析：开关断开时，电容1C、2C两端电压相等，均为 E，因为122CC，由UQC 知11222QCQ，即12QQ，所以正确；当开关 K 接通时，1R与2R串联，通过 R1和R2的电流相等，1C与2R并联，2C与1R并联，故1C的电压为2IR，2C的电压为1IR又211IRCQ，122IRCQ 又122CC，122RR，所以21QQ 即两电容的电量相等；所以正确选项应为 A。6、电容器力学综合电容器通过电学与力学
15、知识联系起来时，解答这一类题目的关键还是在力学上，只要在对物体进行受力分析时，注意对带电体所受的电场力分析，再应用力学相关知识即可求解。必须注意的是：当带电体运动过程中与其它导体有接触时，有可能所带电量要发生变化。【例 9】如图所示，四个定值电阻的阻值相同都为 R，开关 K 闭合时，有一质量为 m 带电量为 q 的小球静止于平行板电容器板间的中点 O。现在把开关 K 断开，此小球向一个极板运动，并与此极板相碰，碰撞时无机械能损失，碰撞后小球恰能运动到另一极板处，设两极板间的距离为 d，电源内阻不计，试计算：电源电动势。小球和电容器一个极板碰撞后所带的电量q。EC2R2R1KC1ER1R2R4R
16、3KOCChttp:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网解析：开关闭合时，电容器两极板间电场方向竖直向上，由小球在 O 点处静止可知，小球带正电。设两极板间电压为 U，则dUqmg，即qmgdU；由于4R无电流，电容器两极板间电压 U 等于电阻1R的端电压，则322RRRU，所以qmgdE23。开关断开后，两极板间电压为U，qmgdRRRU432，设此时两极板间场强为E，qmgdUE43；因UU 小球所受的向上的电场力小于重力，小球向下加速运动与下极板碰撞，碰后小球上升至上极板时速度恰好为零。设小球与下极板碰撞后的电量变为q，对小球从运动过程应用动能定理有022 dmgdEqdEq，所以qq67。