資源簡介

(共80張PPT)
第七章　靜電場
第3講　電容器　帶電粒子在電場中的運動
素養(yǎng)目標　1.能夠理解電容和電容器的基本概念.（物理觀念） 2.能夠運用靜電力、電場強度等力學(xué)概念研究帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)的運動問題.（物理觀念） 3.平行板電容器的動態(tài)分析.（科學(xué)思維） 4.解決帶電粒子在電場中運動的一般步驟與方法.（科學(xué)思維）
一、觀察電容器的充電和放電現(xiàn)象
B
A. 充電過程中，電流表的示數(shù)逐漸增大后趨于穩(wěn)定
B. 充電過程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定
C. 放電過程中，電流表的示數(shù)均勻減小至零
D. 放電過程中，電壓表的示數(shù)均勻減小至零
解析：電容器充電時，電壓隨時間變化的關(guān)系如圖1所示，則充電過程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定，對應(yīng)電流表的示數(shù)逐漸減小到零，A錯誤，B正確.
電容器放電時，電流隨時間變化的關(guān)系如圖2所示，則放電過程中，電流表的示數(shù)逐漸減小到零，對應(yīng)電壓表的示數(shù)逐漸減小到零，C、D錯誤.
1. 實驗原理
（1）電容器的充電過程
失去
正
獲得
負
等量
大
減小
（2）電容器的放電過程
中和
大
減小
2. 實驗步驟
（1）按圖連接好電路.
（2）把單刀雙擲開關(guān)S打在上面，使觸點1和觸點2連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中.
（3）將單刀雙擲開關(guān)S打在下面，使觸點3和觸點2連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中.
（4）記錄好實驗結(jié)果，關(guān)閉電源.
3. 注意事項
（1）電流表要選用小量程的靈敏電流計.
（2）要選擇大容量的電容器.
（3）實驗要在干燥的環(huán)境中進行.
深化　　電容器充、放電過程I－t圖像形狀的決定因素
（1）圖像面積：根據(jù)Q＝CU可知圖像的面積由電容器充電結(jié)束或放電開始時其兩極板間的電勢差和電容器的電容決定.
角度1　教材原型實驗
例1　在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、停表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干.
　　
（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓.檢測時，紅表筆應(yīng)該與電池的
解析：（1）多用電表紅表筆流入電流，黑表筆流出電流，故電流表紅表筆應(yīng)該與電池的正極接觸.
正極
A. 迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定
B. 亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定
C. 迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅
解析：（2）電容器充電完成后，開始時兩極板電荷量較多，電勢差較大，當開關(guān)S與“2”端相接時，形成閉合回路，小燈泡迅速變亮；隨著時間的積累，兩極板電荷量變少，電勢差變小，流過小燈泡的電流減小，直至兩極板電荷量為零，則無電流流過小燈泡，即小燈泡熄滅，故選C.
C
解析：（3）開始充電時兩極板不帶電，兩極板電勢差為零，設(shè)電源內(nèi)阻為r，則開始充電時有E＝I（R＋r），由圖像可知開始充電時實線的電流較小，故電路中的電阻較大，因此電阻箱阻值為R2；圖像的物理意義為充電過程中電流隨時間的變化圖線，故曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量.
R2
電荷量
角度2　實驗拓展與創(chuàng)新
B
解析：閉合開關(guān)S瞬間，對電容器充電，通過R2的電流逐漸減小，則通過R1的電流逐漸增加，電容器充電結(jié)束，通過R1的電流達到最大，并保持不變.故選B.
二、電容器的動態(tài)分析
D
A. 極板間電勢差減小
B. 電容器的電容增大
C. 極板間電場強度增大
D. 電容器儲存能量增大
電荷量Q
C＝

C＝

深化1　　兩類典型問題
（1）電容器始終與恒壓電源相連，電容器兩極板間的電勢差U保持不變.
（2）電容器充電后與電源斷開，電容器兩極板所帶的電荷量Q保持不變.
深化2　　動態(tài)分析思路
C
A. 若僅將A板上移一些，則靜電計指針的張角不變
B. 若僅將B板下移一些，則油滴向下運動
C. 若斷開S，且僅將B板下移一些，則油滴的電勢能增大
D. 若斷開S，且僅在A、P間插入玻璃板，則電容器電容變大
角度2　帶電量不變時的動態(tài)分析
A. θ增大，E增大 B. θ增大，Ep不變
C. θ減小，Ep增大 D. θ減小，E不變
D
D
A. 若上極板略微下移，帶電油滴仍保持靜止
B. 若下極板略微上移，則P點電勢保持不變
C. 若上極板略微左移與下極板平行錯開，則帶電油滴仍保持靜止
D. 若下極板略微右移與上極板平行錯開，則帶電油滴在P點的電
勢能降低
三、帶電粒子在電場中的直線運動
三、帶電粒子在電場中的直線運動
考題3　（2020·天津卷）多反射飛行時間質(zhì)譜儀是一種測量離子質(zhì)量的新型實驗儀器，其基本原理如圖所示，從離子源A處飄出的離子初速度不計，經(jīng)電壓為U的勻強電場加速后射入質(zhì)量分析器.質(zhì)量分析器由兩個反射區(qū)和長為l的漂移管（無場區(qū)域）構(gòu)成，開始時反射區(qū)1、2均未加電場，當離子第一次進入漂移管時，兩反射區(qū)開始加上電場強度大小相等、方向相反的勻強電場，其電場強度足夠大，使得進入反射區(qū)的離子能夠反射回漂移管.離子在質(zhì)量分析器中經(jīng)多次往復(fù)即將進入反射區(qū)2時，撤去反射區(qū)的電場，離子打在熒光屏B上被探測到，可測得離子從A到B的總飛行時間.設(shè)實驗所用離子的電荷量均為q，不計離子重力.
（1）求質(zhì)量為m的離子第一次通過漂移管所用的時間T1；
解析：（2）根據(jù)動能定理，有qU－qEx＝0 ④
（2）反射區(qū)加上電場，電場強度大小為E，求離子能進入反射區(qū)的最大距離x；
（3）已知質(zhì)量為m0的離子總飛行時間為t0，待測離子的總飛行時間為t1，兩種離子在質(zhì)量分析器中反射相同次數(shù)，求待測離子質(zhì)量m1.
通過⑤式可知，離子在反射區(qū)的電場中運動路程是與離子本身無關(guān)的，所以不同離子在兩反射區(qū)運動的總路程相等，設(shè)為L1，在漂移管的總路程設(shè)為L2，根據(jù)題目條件可知，離子在漂移管速度大小恒為v，設(shè)離子的總飛行時間為t總，有
聯(lián)立①⑥⑦式，得

深化1　　對帶電粒子進行受力分析時應(yīng)注意的問題
（1）要掌握靜電力的特點.靜電力的大小和方向不僅跟電場強度的大小和方向有關(guān)，還跟帶電粒子的電性和電荷量有關(guān).
（2）是否考慮重力依據(jù)情況而定.
基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等除有特殊說明或明確的暗示外，一般不考慮重力（但不能忽略質(zhì)量）.
帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有特殊說明或明確的暗示外，一般都不能忽略重力.
深化2　　做直線運動的條件
（1）粒子所受合外力F合＝0，粒子靜止或做勻速直線運動.
（2）粒子所受合外力F合≠0且與初速度共線，帶電粒子將做加速直線運動或減速直線運動.
深化3　　解決問題的方法
（1）用動力學(xué)觀點分析
（2）用功能觀點分析
②非勻強電場中：W電＝qU，W電＋W其他＝Ek2－Ek1.
角度1　帶電粒子在電場中的直線運動
C
A. 金屬板A、B組成的平行板電容器的電容C不變
B. 金屬板A、B間的電壓減小
C. 甲、乙兩電子在板間運動時的加速度相同
D. 乙電子運動到O點的速率為2v0
A
四、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)
四、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)
考題4　（2023·北京卷）某種負離子空氣凈化原理如圖所示.由空氣和帶負電的灰塵顆粒物（視為小球）組成的混合氣流進入由一對平行金屬板構(gòu)成的收集器.在收集器中，空氣和帶電顆粒沿板方向的速度v0保持不變.在勻強電場作用下，帶電顆粒打到金屬板上被收集.已知金屬板長度為L，間距為d.不考慮重力影響和顆粒間相互作用.
（1）若不計空氣阻力，質(zhì)量為m、電荷量為－q的顆粒恰好全部被收集，求兩金屬板間的電壓U1.
（2）若計空氣阻力，顆粒所受阻力與其相對于空氣的速度v方向相反，大小為f＝krv，其中r為顆粒的半徑，k為常量.假設(shè)顆粒在金屬板間經(jīng)極短時間加速達到最大速度.
a.半徑為R、電荷量為－q的顆粒恰好全部被收集，求兩金屬板間的電壓U2.
b.已知顆粒的電荷量與其半徑的平方成正比.進入收集器的均勻混合氣流包含了直徑為10 μm和2.5 μm的兩種顆粒，若10 μm的顆粒恰好100％被收集，求2.5 μm的顆粒被收集的百分比.
（一）帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)
1. 條件：以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強電場，僅受電場力.
3. 處理方法：運動的分解.
類平拋
勻速直線
勻加速直線
（二）示波器的工作原理
直
觀
情
境
電子槍
信號電壓
掃描電壓
中心
周期
深化1　　常用公式歸納
設(shè)粒子帶電荷量為q，質(zhì)量為m，兩平行金屬板間的電壓為U，板長為l，板間距離為d（忽略重力影響），則有：
深化2　　兩個重要結(jié)論
（1）不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場射出時，偏移量和偏轉(zhuǎn)角總是相同的.
（2）粒子經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后射出，速度的反向延長線與初速度延長線的交點O為粒子水平位移的中點，即O到偏轉(zhuǎn)電場邊緣的距離為偏轉(zhuǎn)極板長度的一半.
A. 偏轉(zhuǎn)電壓 B. 偏轉(zhuǎn)的角度
C. 射出電場速度 D. 電場中運動的時間
B
D
角度2　示波器工作原理
B. 打在熒光屏?xí)r，動能大小為11eU
限時跟蹤檢測
A級·基礎(chǔ)對點練
題組一　觀察電容器的充電和放電現(xiàn)象
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：閉合開關(guān)S1后，電容器充電，電容器電壓與電源電壓差值越來越小，則通過傳感器的電流越來越小，充電完成后，電容器電壓等于電源電壓，此時電路中的電流為零；再閉合開關(guān)S2，因為電容器的電壓大于R2兩端的電壓，電容器放電，電容器的電壓與R2兩端的電壓差值越來越小，則通過傳感器的電流越來越小，放電電流方向與開始充電時的電流方向相反，當電容器的電壓等于R2兩端的電壓時，電路中的電流為零，A正確.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
A. 電容器放電時電子由b向a通過電阻R
B. 電容器放電過程中電阻R兩端電壓逐漸增大
C. 將電阻R換成阻值更大的電阻，放電時間變短
D. 電容器充電結(jié)束所帶電荷量約為5×10－3 C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：開關(guān)S接1時電源給電容器充電后上極板帶正電，開關(guān)S接2時，電容器放電，電流由極板正極流過電阻R到負極板，而電子的移動方向與電流方向相反，則電子由a向b通過電阻R，故A錯誤；電容器放電過程中電流逐漸減小，根據(jù)歐姆定律可知電阻R兩端電壓逐漸減小，故B錯誤；由q＝It可知，I－t圖像中曲線與橫軸圍成的面積即電容器充電結(jié)束時所帶電荷量，若R增大，總電荷量q不變，則對電流阻礙作用增大，即電流減小，故放電時間會變長，故C錯誤；I－t圖像中格數(shù)割補后約為1.3格，則電荷量約為q≈2×10－3×2×1.3 C≈5.2×10－3 C，故D正確.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 電容器電容變小
B. 極板間電場強度變大
C. 極板間電壓變小
D. 靜電計指針張角越大，風力越大
C
題組二　電容器的動態(tài)分析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 油滴帶正電荷
B. 將上極板向上移動一小段距離，電容器的電容減小
C. 上極板向左平移一小段距離，油滴向上運動
D. 斷開開關(guān)S，將上極板向下平移一小段距離，P點電勢升高
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 帶電粒子獲得的加速度變小
B. 帶電粒子到達負極板的時間變短
C. 帶電粒子到達負極板時的速度變小
D. 加速全過程靜電力對帶電粒子的沖量變小
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 帶電粒子將始終向同一個方向運動
B. 2 s末帶電粒子回到原出發(fā)點
C. 3 s末帶電粒子的速度為0
D. 0～3 s，電場力做的總功為0
CD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
圖1
A
題組四　帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)
圖2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：由題圖2及題意可知，電極Y、Y'之間所加的電壓UY按余弦規(guī)律變化，即在YY'方向偏轉(zhuǎn)位移在正、負最大值之間變化；電極X、X'之間所加的電壓UX如題圖2中的虛線，即在XX'方向偏轉(zhuǎn)位移在負、正最大值之間變化，在t＝0時刻，Y極板電壓為正且最大，X極板電壓為負且最大，UY與UX的頻率相同，因此在熒光屏上呈現(xiàn)出來的圖形應(yīng)該是A，A正確.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B級·能力提升練
A. A、B在電場中運動的時間之比為1∶4
B. A、B運動的加速度大小之比為1∶2
C. A、B的質(zhì)量之比為1∶8
D. A、B均帶負電
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. E1＝E0，方向與E0相同
B. E1＝2E0，方向與E0相反
C. E2＝3E0，方向與E0相反
D. E2＝4E0，方向與E0相反
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10. （2025·安徽皖江名校聯(lián)考）某同學(xué)按如圖所示的電路圖連接電路，利用電流傳感器和電壓傳感器研究電容器的充、放電情況.實驗時，先將開關(guān)S與“1”端相連，待電路穩(wěn)定后，將開關(guān)擲向“2”端，傳感器將信息傳入計算機，屏幕上可以顯示出電流、電壓隨時間變化的i－t圖線、u－t圖線.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
C
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：（1）當開關(guān)與“1”端相連時，電容器處于充電過程中，電容器兩端電壓越來越大，電源與電容器間電勢差越來越小，電路中電流剛開始時最大，而后逐漸減小，電容器充電會越來越慢，電壓增加得也就越來越慢，最終電容器電壓等于電源電動勢，電壓最大，電流為零，故C正確；當開關(guān)與“2”端相連時，電容器放電，開始時兩極板間電勢差最大，電路中電流最大，隨著電容器電壓降低，電路中電流減小，放電速度也越來越慢，最終電流為零，故B正確.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 剛開始充電時充電電流最大
B. 剛開始充電時充電電流最小
C. 充電結(jié)束時電壓為零
D. 充電電流跟兩極電壓成正比
解析：（2）根據(jù)（1）分析可知只有A正確.
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

展開更多......

收起↑