2012高考物理知识要点总结教案:电容 带电粒子在电场中的运动
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带电粒子在电场中的运动1.研究带电粒子在电场中运动的方法带电粒子在电场中的运动,是一个综合电场力、电势能的力学问题,研究的方法与质点动力学相同,它同样遵循运动的合成与分解、牛顿运动定律、动量定理、动能定理等力学规律,处理问题的要点是要注意区分不同的物理过程,弄清在不同的物理过程中物体的受力情况及运动性质,并选用相应的物理规律,在解题时,主要可以选用下面两种方法.(1)力和运动关系——牛顿第二定律:根据带电粒子受到电场力,用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等.这种方法通常适用于受恒力作用下做匀变速运动的情况.(2)功和能的关系——动能定理:根据电场力对带电粒子所做的功,引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理研究全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化、经历的位移等.这种方法同样也适用于不均匀的电场.注意事项:带电粒子的重力是否忽略的问题是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定,一般说来:(1)基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外一般都不考虑重力(但并不忽略质量).(2)带电粒子:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力,2. 带电粒子的加速(1)运动状态分析:带电粒子沿平行电场线的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一直线上,做匀加(减)速直线运动.(2)用功能观点分析:粒子动能的变化量等于电场力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电场).若粒子的初速度为零,则:mqU v qU mv 2,212==若粒子的初速度不为零,则:mqU v v qU mv mv 2,212120202+==-例1.(多选)如图所示,在P 板附近有一质子由静止开始向Q 板运动,则关于质子在两板间的运动情况,下列叙述正确的是( ) A.两板间距越大,加速的时间越长B.两板间距越小,加速度就越大,质子到达Q 板时的 速度就越大C.质子到达Q 板时的速度与板间距离无关,与板间 电压U 有关D.质子的加速度和末速度都与板间距离无关例2.如图甲所示平行板电容器A 、B 两板上加上如图乙所示的交变电压,开始B 板的电势比A 板高,这时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动,设电子在运动中不与极板发生碰撞,则下述说法正确的是(不计电子重力)( ) A.电子先向A 板运动,然后向B 板运 动,再返回A 板做周期性来回运动 B.电子一直向A 板运动 C.电子一直向B 板运动D.电子先向B 板运动,然后向A 板运 动,再返回B 板做周期性来回运动3. 带电粒子在匀强电场中的偏转(不考虑重力作用)(1)运动状态分析:带电粒子以速度0v 垂直于电场线方向飞入匀强电场时,受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动. (2)偏转问题的分析处理方法类似于平抛运动的分析处理,应用运动的合成和分解的方法:沿初速度方向为匀速直线运动,运动时间:0/v l t =沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动:md qU m Eq m F a ///===离开电场时的偏移量:d mv qUl at y 2022221== 离开电场时的偏转角:dmv qUlv at v v y 2000tan ===θ(U 为偏转电压)(3)推论:推论①粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向交于一 点,此点平分沿初速度方向的位移.推论②以相同的初速度0v 进入同一偏转电场的带电粒子,不论m 、q 是否相同,只要q/m 相同,即荷质比相间,则偏转距离y 和偏转角θ都相同.推论③若以相同的初动能0k E 进入同一偏转电场,只要q 相同,不论m 是否相同,则偏转距离y 和偏转角θ都相同.推论④若以相同的初动量0p 进人同一偏转电场,不论m 、q 是否相同,只要mq 相同,即质量与电荷量的乘积相同,则偏转距离y 和偏转角θ都相同. 推论①可根据类平抛直接得到结论,这里我们给出后几个推论的证明d p Ul mq d v m mqUl d E Ul q d mv Ul q d Ul v m q d mv qUl y k ⋅⋅==⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅==222022220222020222421412120 dp Ulmq d v m mqUl d E Ul q d mv Ul q d Ul v m q d mv qUl k ⋅⋅==⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅==2202202020022121tan θ 推论⑤不同的带电粒子由静止经同一加速电场加速后(即加速电压1U 相同),进人同一偏转电场2U ,则偏转距离y 和偏转角θ相同,但这里必须注意,粒子必须是静止开始加速,只有这样120210qU mv E k ==带入上面的式子得: d U l U d qU l qU d E l qU y k 122122224440=== d U lU d qU l qU d E l qU k 12122222tan 0===θ(4)如果对于一些带电粒子在不能忽略重力时,则上面的推导公式无法使用,这时可以先求出合外力得到加速度(一般是重力与电场力的合力产生偏转加速度),结合类平抛规律特点处理问题,本质上与上面的问题是相同的(5)带电粒于能否飞出偏转电场的条件及求解方法带电粒子能否飞出偏转电场,关键看带电粒子在电场中的侧移量y.如质量为m 、电荷量为q 的带电粒子沿中线以0v 垂直射入板长为l 、板间距为d 的匀强电场中,要使粒子飞出电场,则应满足:0v l t =时,2dy ≤;若当0v l t =时,2dy >,则粒子打在板上,不能飞出电场. 由此可见,这类问题的分析方法及求解关键是抓住“刚好”射出(或不射出)这一临界状态(即2dy =)分析求解即可.(6)矩形波电压问题的处理对于这类问题一般先根据粒子的受力特点,找到加速度变化规律,进而作出在加速度方向上运动的v —t 图像,通过图像特点分析计算位移变化,可将问题的处理大大简化例3.(多选)如图所示,一个质量为m 带电荷量为q 的粒子(重力不计),从两平行板左侧中点沿垂直场强方向射入,当人射速度为v 时,恰好穿过电场而不碰金属板。
高中物理电容公式带电粒子在电场中的运动
下面是高中物理电容器常见公式,以及带电粒子在电场中的运动问题
1、带电粒子在电场中的加速公式是):
W=ΔEK或qU=mVt2/2,Vt=(2qU/m)1/2 其中(Vo=0)
2、带电粒子沿垂直电场方向以速度Vo进入匀强电场时的偏
转(不考虑重力作用的情况下)
在垂直电场方向:匀速直线运动L=Vot(在带等量异种电荷的平行极板中:E=U/d)
在平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动d=at2/2,a=F/m=qE/m
带电小球接触后,电量分配3、两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总量平分;
电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强方向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线垂直;
电场强度(矢量)与电势(标量)均由电场本身决定,而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有关;
处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面,导体内部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面;
常见电场的电场线分布要求熟记〔[第二册P98];
电容单位换算:1F=106μF=1012PF;
电子伏(eV)是能量的单位,1eV=1.60×10-19J;。
高中物理总复习--物理带电粒子在电场中的运动含解析一、高考物理精讲专题带电粒子在电场中的运动1.如图所示,在两块长为3L、间距为L、水平固定的平行金属板之间,存在方向垂直纸面向外的匀强磁场.现将下板接地,让质量为m、电荷量为q的带正电粒子流从两板左端连线的中点O以初速度v0水平向右射入板间,粒子恰好打到下板的中点.若撤去平行板间的磁场,使上板的电势φ随时间t的变化规律如图所示,则t=0时刻,从O点射人的粒子P经时间t0(未知量)恰好从下板右边缘射出.设粒子打到板上均被板吸收,粒子的重力及粒子间的作用力均不计.(1)求两板间磁场的磁感应强度大小B.(2)若两板右侧存在一定宽度的、方向垂直纸面向里的匀强磁场,为了使t=0时刻射入的粒子P经过右侧磁场偏转后在电场变化的第一个周期内能够回到O点,求右侧磁场的宽度d 应满足的条件和电场周期T的最小值T min.【答案】(1)0mvBqL=(2)223cosd R a R L≥+=;min(632)3LTvπ+=【解析】【分析】【详解】(1)如图,设粒子在两板间做匀速圆周运动的半径为R1,则012qv B mvR=由几何关系:222113()()2L LR R=+-解得0mvBqL=(2)粒子P从O003L v t=01122y L v t =解得0y v =设合速度为v ,与竖直方向的夹角为α,则:0tan yv v α== 则=3πα00sin 3v v v α== 粒子P 在两板的右侧匀强磁场中做匀速圆周运动,设做圆周运动的半径为R 2,则212sin L R α=,解得23R =右侧磁场沿初速度方向的宽度应该满足的条件为22cos d R R L α≥+=; 由于粒子P 从O 点运动到下极板右侧边缘的过程与从上板右边缘运动到O 点的过程,运动轨迹是关于两板间的中心线是上下对称的,这两个过程经历的时间相等,则:2min 0(22)2R T t v πα--=解得()min 023L T v π=【点睛】带电粒子在电场或磁场中的运动问题,关键是分析粒子的受力情况和运动特征,画出粒子的运动轨迹图,结合几何关系求解相关量,并搞清临界状态.2.如图所示,虚线MN 左侧有一场强为E 1=E 的匀强电场,在两条平行的虚线MN 和PQ 之间存在着宽为L 、电场强度为E 2=2E 的匀强电场,在虚线PQ 右侧距PQ 为L 处有一与电场E 2平行的屏.现将一电子(电荷量为e ,质量为m ,重力不计)无初速度地放入电场E 1中的A 点,最后电子打在右侧的屏上,A 点到MN 的距离为2L,AO 连线与屏垂直,垂足为O ,求:(1) 电子到达MN 时的速度;(2) 电子离开偏转电场时偏转角的正切值tan θ; (3) 电子打到屏上的点P ′到点O 的距离.【答案】(1) eELv m=L . 【解析】 【详解】(1)电子在电场E 1中做初速度为零的匀加速直线运动,设加速度为a 1,到达MN 的速度为v ,则:a 1=1eE m =eEm 2122La v =解得eELv m=(2)设电子射出电场E 2时沿平行电场线方向的速度为v y ,a 2=2eE m =2eEm t =L v v y =a 2ttan θ=y v v=2(3)电子离开电场E 2后,将速度方向反向延长交于E 2场的中点O ′.由几何关系知:tan θ=2xLL+解得:x =3L .3.如图,第一象限内存在沿y 轴负方向的匀强电场,电场强度大小为E ,第二、三、四象限存在方向垂直xOy 平面向外的匀强磁场,其中第二象限的磁感应强度大小为B ,第三、四象限磁感应强度大小相等,一带正电的粒子,从P (-d ,0)点沿与x 轴正方向成α=60°角平行xOy 平面入射,经第二象限后恰好由y 轴上的Q 点(图中未画出)垂直y 轴进入第一象限,之后经第四、三象限重新回到P 点,回到P 点时速度方向与入射方时相同,不计粒子重力,求:(1)粒子从P 点入射时的速度v 0; (2)第三、四象限磁感应强度的大小B /; 【答案】(1)3EB(2)2.4B 【解析】试题分析:(1)粒子从P 点射入磁场中做匀速圆周运动,画出轨迹如图,设粒子在第二象限圆周运动的半径为r ,由几何知识得: 2360d d dr sin sin α===︒ 根据200mv qv B r =得023qBdv =粒子在第一象限中做类平抛运动,则有21602qE r cos t m -︒=(); 00y v qEt tan v mv α==联立解得03Ev B=(2)设粒子在第一象限类平抛运动的水平位移和竖直位移分别为x 和y ,根据粒子在第三、四象限圆周运动的对称性可知粒子刚进入第四象限时速度与x 轴正方向的夹角等于α.则有:x=v 0t , 2y v y t =得0322y v y tan x v α=== 由几何知识可得 y=r-rcosα= 132r d = 则得23x d =所以粒子在第三、四象限圆周运动的半径为125323d d R d sin α⎛⎫+ ⎪⎝⎭==粒子进入第三、四象限运动的速度00432v qBdv v cos α===根据2'v qvB m R=得:B′=2.4B考点:带电粒子在电场及磁场中的运动4.竖直平面内存在着如图甲所示管道,虚线左侧管道水平,虚线右侧管道是半径R=1m 的半圆形,管道截面是不闭合的圆,管道半圆形部分处在竖直向上的匀强电场中,电场强度E=4×103V/m .小球a 、b 、c 的半径略小于管道内径,b 、c 球用长2m L =的绝缘细轻杆连接,开始时c 静止于管道水平部分右端P 点处,在M 点处的a 球在水平推力F 的作用下由静止向右运动,当F 减到零时恰好与b 发生了弹性碰撞,F-t 的变化图像如图乙所示,且满足224F t π+=.已知三个小球均可看做质点且m a =0.25kg ,m b =0.2kg ,m c =0.05kg ,小球c 带q=5×10-4C 的正电荷,其他小球不带电,不计一切摩擦,g =10m/s 2,求(1)小球a 与b 发生碰撞时的速度v 0; (2)小球c 运动到Q 点时的速度v ;(3)从小球c 开始运动到速度减为零的过程中,小球c 电势能的增加量. 【答案】(1)04m/s v = (2)v =2m/s (3) 3.2J P E ∆= 【解析】【分析】对小球a ,由动量定理可得小球a 与b 发生碰撞时的速度;小球a 与小球b 、c 组成的系统发生弹性碰撞由动量守恒和机械能守恒可列式,小球c 运动到Q 点时,小球b 恰好运动到P 点,由动能定理可得小球c 运动到Q 点时的速度;由于b 、c 两球转动的角速度和半径都相同,故两球的线速度大小始终相等,从c 球运动到Q 点到减速到零的过程列能量守恒可得;解:(1)对小球a ,由动量定理可得00a I m v =-由题意可知,F-图像所围的图形为四分之一圆弧,面积为拉力F 的冲量, 由圆方程可知21S m = 代入数据可得:04/v m s =(2)小球a 与小球b 、c 组成的系统发生弹性碰撞, 由动量守恒可得012()a a b c m v m v m m v =++ 由机械能守恒可得222012111()222a abc m v m v m m v =++ 解得120,4/v v m s ==小球c 运动到Q 点时,小球b 恰好运动到P 点,由动能定理22211()()22c b c b c m gR qER m m v m m v -=+-+ 代入数据可得2/v m s =(3)由于b 、c 两球转动的角速度和半径都相同,故两球的线速度大小始终相等,假设当两球速度减到零时,设b 球与O 点连线与竖直方向的夹角为θ 从c 球运动到Q 点到减速到零的过程列能量守恒可得:21(1cos )sin ()sin 2b c b c m gR m gR m m v qER θθθ-+++=解得sin 0.6,37θθ==︒因此小球c 电势能的增加量:(1sin ) 3.2P E qER J θ∆=+=5.在竖直平面内,一根长为L 的绝缘细线,一端固定在O 点,另一端拴着质量为m 、电荷量为+q 的小球。
2012高考物理专题:带电粒子在场中的运动(磁场边界问题)专题一:带电粒子在场中的运动练习1、如图所示的坐标系,x 轴沿水平方向,y 轴沿竖直方向。
在x 轴上方空间的第一、第二象限内,既无电场也无磁场,在第三象限,存在沿y 轴正方向的匀强电场和垂直xy 平面(纸面)向里的匀强磁场,在第四象限,存在沿y 轴负方向、场强大小与第三象限电场场强相等的匀强电场。
一质量为m 、电荷量为q 的带电质点,从y 轴上y=h 处的P 1点以一定的水平初速度沿x 轴负方向进入第二象限。
然后经过x 轴上x=-2h 处的P 2点进入第三象限,带电质点恰好能做匀速圆周运动。
之后经过y 轴上y=-2h 处的P 3点进入第四象限。
已知重力加速度为g 。
试求:1)粒子到达P2点时速度的大小和方向2)第三象限空间中电场强度和磁感应强度的大小3)带电质点在第四象限空间运动过程中最小速度的大小和方向。
练习2. 如图,在xoy 平面内,MN 和x 轴之间有平行于y 轴的匀强电场和垂直于xoy 平面的匀强磁场。
y 轴上离坐标原点4L 的A 点处有一电子枪,可以沿+x 方向射出速度为v 0的电子(质量为m ,电量为e )。
如果电场和磁场同时存在,电子将做匀速直线运动。
如果撤去电场,只保留磁场,电子将从x 轴上距坐标原点3L 的C 点离开磁场。
不计重力的影响,求:(1)磁感应强度B 和电场强度E 的大小和方向;(2)如果撤去磁场,只保留电场,电子将从D 点(图中未标出)离开电场。
求D 点的坐标; (3)电子通过D 点时的动能。
练习3.如图所示的平行板器件中,存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度B 1 = 0.40T ,方向垂直纸面向里,电场强度E = 2.0×105V/m ,PQ 为板间中线.紧靠平行板右侧边缘xOy 坐标系的第一象限内,有垂直纸面的正三角形匀强磁场区域,磁感应强度B 2 = 0.25 T 。
一束带电量q = 8.0×10-19 C ,质量m = 8.0×10-26 kg 的正离子从P 点射入平行板间,不计重力,沿中线PQ 做直线运动,穿出平行板后从y 轴上坐标为(0,0.2m )的Q 点垂直y 轴射向三角形磁场区,离子通过x 轴时的速度方向与x 轴正方向夹角为60°。
电容器、带电粒子在电场中的运动问题二、学习目标:1、知道电容器电容的概念,会判断电容器充、放电过程中各个物理量的变化情况。
2、建立带电粒子在匀强电场中加速和偏转问题的分析思路,熟悉带电粒子在电场中的运动特点。
3、重点掌握与本部分内容相关的重要的习题类型及其解法。
考点地位:带电粒子在电场中的加速与偏转是高考的重点和难点,题型涉及全面,既可以通过选择题也可以通过计算题的形式进行考查,题目综合性很强,能力要求较高,在高考试题中常以压轴题的形式出现,知识面涉及广,过程复杂,对于电容器的考查,因其本身与诸多的电学概念联系而一直处于热点地位,考题多在电容器的决定式及电容器的动态分析上选材。
09年全国Ⅱ卷第19题、福建卷15题、天津卷第5题、08年重庆卷第21题、上海单科卷14题、海南卷第4题、07年广东卷第6题通过选择题形式进行考查,09年四川卷25题、广东卷20题、浙江卷23题、安徽卷23题、08年上海卷23题、07年重庆卷第24题、四川卷第24题、上海卷第22题均通过大型综合计算题的形式进行考查。
三、重难点解析: (一)电容和电容器: 1、电容:(1)定义:电容器所带的电荷量(是指一个极板所带电荷量的绝对值)与电容器两极板间电压的比值.(2)公式:C =Q/U. 单位:法拉,1F=.pF 10F 10126=μ(3)物理意义:电容反映电容器容纳电荷的本领的物理量,和电容器是否带电无关. (4)制约因素:电容器的电容与Q 、U 的大小无关,是由电容器本身情况决定,对一个确定的电容器,它的电容是一定的,与电容器是否带电及带电多少无关。
注意:由U QC =知,对确定的电容器,Q 与U 成正比,比值不变;对不同的电容器,U相同时,Q 越大,则C 越大,因此说C 是反映电容器容纳电荷本领的物理量。
2、平等板电容器(1)决定因素:C 与极板正对面积、介质的介电常数成正比,与极板间距离成反比。
(2)公式:kd 4/S C πε=,式中k 为静电力常量。
第3节 电容器与电容、带电粒子在电场中的运动【考纲知识梳理】一。
电容器1. 构成:两个互相靠近又彼此绝缘的导体构成电容器。
2. 充放电:(1)充电:使电容器两极板带上等量异种电荷的过程。
充电的过程是将电场能储存在电容器中。
(2)放电:使充电后的电容器失去电荷的过程。
放电的过程中储存在电容器中的电场能转化为其他形式的能量。
3.电容器带的电荷量:是指每个极板上所带电荷量的绝对值 4.电容器的电压:(1)额定电压:是指电容器的对大正常工作即电容器铭牌上的标定数值。
(2)击穿电压:是指把电容器的电介质击穿导电使电容器损坏的极限电压。
二.电容1.定义:电容器所带的电荷量Q 与两极板间的电压U 的比值 2.定义式:是计算式非决定式)(UQ UQ C ∆∆==3.电容的单位:法拉,符号:F 。
PF F F 12610101==μ4.物理意义:电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量,在数值上等于电容器两板间的电势差增加1V 所需的电荷量。
5.制约因素:电容器的电容与Q 、U 的大小无关,是由电容器本身的结构决定的。
对一个确定的电容器,它的电容是一定的,与电容器是否带电及带电多少无关。
三.平行板电容器1.平行板电容器的电容的决定式:dd k C S S 41εεπ∝∙=即平行板电容器的电容与介质的介电常数成正比,与两板正对的面积成正比,与两板间距成反比。
2.平行板电容器两板间的电场:可认为是匀强电场,E=U/d 四.带电粒子在电场中的运动1.带电粒子的加速:对于加速问题,一般从能量角度,应用动能定理求解。
若为匀变速直线运动,可用牛顿运动定律与运动学公式求解。
2. 带电粒子在匀强电场中的偏转:对于带电粒子以垂直匀强电场的方向进入电场后,受到的电场力恒定且与初速度方向垂直,做匀变速曲线运动(类平抛运动)。
⑪处理方法往往是利用运动的合成与分解的特性:分合运动的独立性、分合运动的等时性、分运动与合运动的等效性。
2012电容器与电容 带电粒子在电场中的运动学案【知识梳理】一、电容器与电容 一、电容器 1.电容器(1)组成:由两个彼此____又相互____的导体组成. (2)带电量:一个极板所带电量的_______. (3)电容器的充、放电充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两板上带等量的_________,电容器中储存______ 放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中______转化为其他形式的能. 2.电容(1)定义:电容器所带的________与电容器两极板间的电势差U 的比值.(2)定义式:_____.(3)物理意义:表示电容器________本领大小的物理量. (4)单位:法拉(F)1F =____________μF =____________pF.3.平行板电容器(1)影响因素:平行板电容器的电容与________成正比,与介质的________成正比,与____________成反比.(2)决定式:C =εS4πkd,其中k 为静电力常量,ε为相对介电常数.4、关于电容器两类典型问题分析方法:(1)首先确定不变量,若电容器充电后断开电源,则 不变;若电容器始终和直流电源相连,则 不变。
(2)当决定电容器大小的某一因素变化时,用公式 判断电容的变化。
(3)用公式 分析Q 和U 的变化。
(4)用公式 分析平行板电容两板间场强的变化。
一、带电粒子的加速1.带电粒子在电场中的加速带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场,带电粒子将做________运动.有两种分析方法:(1)用动力学观点分析:a =qE m ,E =U d ,v 2-v 20=2ad .(2)用功能观点分析:粒子只受电场力作用,电场力做的功等于物体动能的变化.qU =12mv 2-12mv 2二、带电粒子的偏转由物体做曲线运动的条件可知:。
其中最简单的就是加速度方向与速度方向垂直。
如右图所示,在真空中水平放置一对金属板Y 和Y ′间的电压为U ,现有一质量为m 、电荷量为q 的带电粒子以水平速度v 0射入电场中,则: 1、带电粒子的运动形式带电粒子沿极板方向作速度为v 0的匀速直线运动,即x =o v t ;垂直于极板方向作初速度为零的匀加速直线运动,即212y at ==212Uq t dm;粒子的合运动为匀变速曲线运动(类平抛L2、带电粒子在垂直于板方向偏移的距离为y =222oUql dmv 。
电容 带电粒子在电场中的运动知识要点:1.电荷 电荷守恒定律 点电荷⑴自然界中只存在正、负两中电荷,电荷在它的同围空间形成电场,电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。
电荷的多少叫电量。
基本电荷e =⨯-161019.C。
带电体电荷量等于元电荷的整数倍(Q=ne ) ⑵使物体带电也叫起电。
使物体带电的方法有三种:①摩擦起电 ②接触带电 ③感应起电。
⑶电荷既不能创造,也不能被消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从的体的这一部分转移到另一个部分,这叫做电荷守恒定律。
带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看做带电的点,叫做点电荷。
2.库仑定律(1)公式 F K Q Q r=122 (真空中静止的两个点电荷) 在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,数学表达式为F K Q Q r=122,其中比例常数K 叫静电力常量,K =⨯90109.N m C 22·。
(F:点电荷间的作用力(N), Q 1、Q 2:两点电荷的电量(C),r:两点电荷间的距离(m),方向在它们的连线上,作用力与反作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引)(2)库仑定律的适用条件是(1)真空,(2)点电荷。
点电荷是物理中的理想模型。
当带电体间的距离远远大于带电体的线度时,可以使用库仑定律,否则不能使用。
3.静电场 电场线为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向,在电场中画出一系列曲线,曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向,曲线的疏密表示电场的弱度。
电场线的特点:(1)始于正电荷 (或无穷远),终止负电荷(或无穷远);(2)任意两条电场线都不相交。
电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱,并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。
带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。
4.电场强度 点电荷的电场⑴电场的最基本的性质之一,是对放入其中的电荷有电场力的作用。
2012高考物理知识要点总结教案:电容 带电粒子在电场中的运动
第九章 电场
电容 带电粒子在电场中的运动
知识要点:
一、基础知识
1、电容
(1)两个彼此绝缘,而又互相靠近的导体,就组成了一个电容器。
(2)电容:表示电容器容纳电荷的本领。
a 定义式:C Q U Q U
==()∆∆,即电容C 等于Q 与U 的比值,不能理解为电容C 与Q 成正比,与U 成反比。
一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关。
b 决定因素式:如平行板电容器C S kd =επ4(不要求应用此式计算)
(3)对于平行板电容器有关的Q 、E 、U 、C 的讨论时要注意两种情况:
a 保持两板与电源相连,则电容器两极板间的电压U 不变
b 充电后断开电源,则带电量Q 不变
(4)电容的定义式:C Q U = (定义式) (5)C 由电容器本身决定。
对平行板电容器来说C 取决于:C S Kd
=επ4(决定式) (6)电容器所带电量和两极板上电压的变化常见的有两种基本情况:
第一种情况:若电容器充电后再将电源断开,则表示电容器的电量Q 为一定,此时电容器两极的电势差将随电容的变化而变化。
第二种情况:若电容器始终和电源接通,则表示电容器两极板的电压V 为一定,此时电容器的电量将随电容的变化而变化。
2、带电粒子在电场中的运动
(1)带电粒子在电场中的运动,综合了静电场和力学的知识,分析方法和力学的分析方法基本相同:先分析受力情况,再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速,是直线还是曲线),然后选用恰当的规律解题。
(2)在对带电粒子进行受力分析时,要注意两点:
a 要掌握电场力的特点。
如电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关,还与带电粒子的电量和电性有关;在匀强电场中,带电粒子所受电场力处处是恒力;在非匀强电场中,同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同。
b 是否考虑重力要依据具体情况而定:基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有要说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量)。
带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确的暗示以外,一般都不能忽略重力。
3、带电粒子的加速(含偏转过程中速度大小的变化)过程是其他形式的能和功能之间的转化过程。
解决这类问题,可以用动能定理,也可以用能量守恒定律。
如选用动能定理,则要分清哪些力做功?做正功还是负功?是恒力功还是变力功?若电场力是变力,则电场力的功必须表达成W q U a b a b
=,还要确定初态动能和末态动能(或初、末态间的动能增量)
如选用能量守恒定律,则要分清有哪些形式的能在变化?怎样变化(是增加还是减少)?能量守恒的表达形式有:
a 初态和末态的总能量(代数和)相等,即E E 初末=;
b 某种形式的能量减少一定等于其它形式能量的增加,即∆∆E E 减增=
c 各种形式的能量的增量的代数和∆∆E E 12
0++=……;
4、带电粒子在匀强电场中类平抛的偏转问题。
如果带电粒子以初速度v 0垂直于场强方向射入匀强电场,不计重力,电场力使带电粒子产生加速度,作类平抛运动,分析时,仍采用力学中分析平抛运动的方法:把运动分解为垂直于电场方向上的一个分运动——匀速直线运动:v v x =0,x vt =0;另一个是平行于场强方向上的分运动——匀加速运动,v a t a q U m d y ==,,y q U m d x v =120
2(),粒子的偏转角为t g
v v q U m v d y x ϕ==002。
经一定加速电压(U 1)加速后的带电粒子,垂直于场强方向射入确定的平行板偏转电
场中,粒子对入射方向的偏移y q UL m d v UL d U ==1242202221,它只跟加在偏转电极上的电压U 2有关。
当偏转电压的大小极性发生变化时,粒子的偏移也随之变化。
如果偏转电压的变化周期远远大于粒子穿越电场的时间(T >>
L v 0
),则在粒子穿越电场的过程中,仍可当作匀强电场处理。
应注意的问题:
1、电场强度E 和电势U 仅仅由场本身决定,与是否在场中放入电荷 ,以及放入什么样的检验电荷无关。
而电场力F 和电势能ε两个量,不仅与电场有关,还与放入场中的检验电荷有关。
所以E 和U 属于电场,而F 电和ε属于场和场中的电荷。
2、一般情况下,带电粒子在电场中的运动轨迹和电场线并不重合,运动轨迹上的一点的切线方向表示速度方向,电场线上一点的切线方向反映正电荷的受力方向。
物体的受力方向和运动方向是有区别的。
如图所示:
只有在电场线为直线的电场中,且电荷由静止开始或初速度方向和电场方向一致并只受电场力作用下运动,在这种特殊情况下粒子的运动轨迹才是沿电力线的。
3、点电荷的电场强度和电势
(1)点电荷在真空中形成的电场的电场强度E Q E r ∝∝源,12
/,当源电荷Q >0时,场强方向背离源电荷,当源电荷为负时,场强方向指向源电荷。
但不论源电荷正负,距源电荷越近场强越大。
(2)当取U ∞=0时,正的源电荷电场中各点电势均为正,距场源电荷越近,电势越高。
负的源电荷电场中各点电势均为负,距场源电荷越近,电势越低。
(3)若有n 个点电荷同时存在,它们的电场就互相迭加,形成合电场,这时某点的电场强度就等于各个点电荷在该点产生的场强的矢量和,而某点的电势就等于各个点电荷在该点的电势的代数和。
12
02mv U q =加速· ⇒=
=
y U q L d U q
U L U d
侧移偏转偏转加速偏转加速 (2244)。