内容正文:
知识点二 带电粒子在匀强电场中的运动 示波管
1.加速问题:若不计粒子的重力,则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子的动能的增量.
(1)在匀强电场中:W=qEd=qU=eq \f(1,2)mv2-eq \f(1,2)mveq \o\al(2,0).
(2)在非匀强电场中:W=qU=eq \f(1,2)mv2-eq \f(1,2)mveq \o\al(2,0).
2.偏转问题:
(1)条件分析:不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场.
(2)运动性质:类平抛运动.
(3)处理方法:利用运动的合成与分解.
①沿初速度方向:做匀速直线运动.
②沿电场方向:做初速度为零的匀加速运动.
3.示波管的构造:
①电子枪,②偏转电极,③荧光屏.(如图所示)
[思维诊断]
(1)电容是表示电容器储存电荷本领的物理量.( )
(2)由公式C=eq \f(Q,U)知,电容器的电容与它所带的电荷量成正比.( )
(3)带电粒子在电场中可能做匀速圆周运动.( )
(4)示波管屏幕上的亮线是由电子束高速撞击荧光屏而产生的.( )
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考点一 平行板电容器的动态分析
1.电容器的两种情况
(1)电容器始终与电源相连时,电容器两极板间电势差U保持不变;
(2)电容器充电后与电源断开时,电容器所带电荷量Q保持不变.
2.平行板电容器动态问题的分析思路
[例1] 板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间场强为E1.现将电容器所带电荷量变为2Q,板间距变为eq \f(1,2)d,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间场强为E2,下列说法正确的是( )
A.U2=U1,E2=E1 B.U2=2U1,E2=4E1
C.U2=U1,E2=2E1 D.U2=2U1,E2=2E1
[例1] 板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间场强为E1.现将电容器所带电荷量变为2Q,板间距变为eq \f(1,2)d,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间场强为E2,下列说法正确的是( )
A.U2=U1,E2=E1 B.U2=2U1,E2=4E1
C.U2=U1,E2=2E1 D.U2=2U1,E2=2E1
[解析] 根据题意可知,平行板电容器的间距d和电荷量Q发生变化,要求讨论电势差U和场强E的变化.设平行板电容器的电容为C,则有C=eq \f(Q,U)=eq \f(εrS,4πkd),又因为U=Ed,所以解得U=eq \f(4πkdQ,εrS),E=eq \f(4πkQ,εrS).当带电量变为2Q,板间距变为eq \f(d,2)时,U2=U1,E2=2E1,C正确.
[答案] C
变式训练1 (多选)如图所示,两块较大的金属板A、B相距为d,平行放置并与一电源相连,开关S闭合后,两板间恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态,以下说法正确的是( )
A.若将S断开,则油滴将做自由落体运动,G表中无电流
B.若将A向左平移一小段位移,则油滴
仍然静止,G表中有b→a的电流
C.若将A向上平移一小段位移,则油滴
向下加速运动,G表中有b→a的电流
D.若将A向下平移一小段位移,则油滴
向上加速运动,G表中有b→a的电流
【解析】 由于油滴处于静止状态,所以qeq \f(U,d)=mg.若将S断开,由于电容器的电荷量不变,则电压U不变,油滴仍处于静止状态,选项A错误.若将A向左平移一小段位移,则电容C变小,电压U不变,则Q=CU变小,所以电流由b→a,此时油滴仍静止,选项B正确.若将A向上平移一小段位移,电容C变小,电压U不变,则Q变小,所以电流由b→a,此时qeq \f(U,d)<mg,油滴向下加速运动,所以选项C正确.若将A向下平移一小段位移,电容C变大,电压U不变,则Q变大,所以电流由a→b,此时qeq \f(U,d)>mg,油滴加速向上运动,所以选项D错误.
【答案】 BC
考点二 带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动
1.带电粒子在电场中运动时重力的处理:
(1)基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等,除有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).
(2)带电颗粒: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.带电粒子在电场中平衡的解题步骤:
(1)选取研究对象.
(2)进行受力分析,注意电场力的方向特点.
(3)由平衡条件列方程求解.
3.解决带电粒子在电场中的直线运动问题的两种思路:
(1)根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的运动情况.此方法只适用于匀强电场.
(2)根据电场力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化求解.此方法既适用于匀强电场,也