第3讲电容器与带电粒子在电场中的运动

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1、第三讲电容器与带电粒子在电场中的运动第三讲电容器与带电粒子在电场中的运动 1电容器电容器(1)组成：两个彼此组成：两个彼此且又且又的的导体导体(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的带电荷量：一个极板所带电荷量的绝缘绝缘相互靠近相互靠近绝对值绝对值(3)充、放电充、放电充电：把电容器接在电源上后，电容器两个极板分充电：把电容器接在电源上后，电容器两个极板分别带上等量的别带上等量的 电荷的过程充电后，两极板间有电荷的过程充电后，两极板间有存在，电容器储存存在，电容器储存放电：用导线将充电后的电容器的两极板接通，极放电：用导线将充电后的电容器的两极板接通，极板上电荷板上电荷的过程放电后的两极板间不再有

2、电的过程放电后的两极板间不再有电场，电场能转化为场，电场能转化为的能量的能量异种异种电场电场电荷电荷中和中和其他形式其他形式2电容电容(1)定义：电容器所带的定义：电容器所带的与电容器两极板与电容器两极板间的间的的比值的比值(2)意义：表示电容器容纳电荷意义：表示电容器容纳电荷的物理量的物理量(3)定义式：定义式：C.(4)单位：单位：1法拉法拉(F)微法微法(F) 皮法皮法(pF)电荷量电荷量电势差电势差本领本领10610121运动状态的分析：带电粒子沿与电场线平行的方运动状态的分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，粒子的重力不计时，受到的电场力与运向进入匀强电场，粒子的重力不计时

3、，受到的电场力与运动方向在同一直线上，粒子做动方向在同一直线上，粒子做 运动运动2用功能观点分析：用功能观点分析：粒子的重力不计时粒子动能的粒子的重力不计时粒子动能的变化量等于变化量等于做的功做的功匀加速匀加速(或匀减速或匀减速)直线直线电场力电场力1运动性质运动性质不计重力的带电粒子以速度不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到与初速度方向垂直的电场力作用而做匀强电场时，受到与初速度方向垂直的电场力作用而做运动运动2分析方法分析方法(1)处理方法：处理方法：类平抛运动可分解为沿初速度方向的类平抛运动可分解为沿初速度方向的运运动和垂直初速度方向的初速

4、度为零的动和垂直初速度方向的初速度为零的运动运动曲线曲线匀速直线匀速直线匀加速匀加速(2)有关物理量：有关物理量：如图如图1所示，一质量为所示，一质量为m、电荷量为、电荷量为q的粒子以初速度的粒子以初速度v0沿中轴线射入沿中轴线射入在垂直场强方向做匀速运动：在垂直场强方向做匀速运动：vxv0，图图1 3示波器示波器构造：示波器的核心部件是示波管，它由电子枪、构造：示波器的核心部件是示波管，它由电子枪、荧光屏组成、荧光屏组成工作原理：如图工作原理：如图2所示，电子先由加速电压所示，电子先由加速电压U1加速，加速，再经偏转电压再经偏转电压U2偏转偏转偏转电极偏转电极图图2 1电容器的充电和放电电容

5、器的充电和放电充电：使电容器两极板带上等量电荷的过程电流充电：使电容器两极板带上等量电荷的过程电流从电源的正极流向电容器的正极板，从电容器负极板流向从电源的正极流向电容器的正极板，从电容器负极板流向电源负极电源负极特点：电流由大到小；电荷量增加；两板间电压升高；特点：电流由大到小；电荷量增加；两板间电压升高；电容器间电场强度增大；电场能逐渐增大电容器间电场强度增大；电场能逐渐增大放电：带电的电容器失去电荷的过程电流从电容放电：带电的电容器失去电荷的过程电流从电容器的正极板通过电路流向负极板器的正极板通过电路流向负极板特点：电流由大变小；电荷量减少；两极间电压变小；特点：电流由大变小；电荷量减少

6、；两极间电压变小；电容器中的电场强度减弱；电场能逐渐减少电容器中的电场强度减弱；电场能逐渐减少特别提醒：特别提醒：电容器在充、放电过程，连接两极板的外电容器在充、放电过程，连接两极板的外电路中有电流，而两极板间无电荷移动；充、放电结束时，电路中有电流，而两极板间无电荷移动；充、放电结束时，连接两极板的外电路中无电流连接两极板的外电路中无电流电容反映了电容器容纳电荷的本领，但电容反映了电容器容纳电荷的本领，但电容大，实际所带电荷量并不一定大电容大，实际所带电荷量并不一定大3动态分析如下表动态分析如下表分析电容器结构变化引起的动态问题时要弄清三点：分析电容器结构变化引起的动态问题时要弄清三点：电容

7、器两极板是否与电源相连接？哪个极板接地？电容器两极板是否与电源相连接？哪个极板接地？C值通过什么途径改变：若电容器充电后脱离电源，则值通过什么途径改变：若电容器充电后脱离电源，则隐含隐含“Q不变不变”；若电容器始终接在电源上，则隐含；若电容器始终接在电源上，则隐含“U不变不变”；若带正电极板接地，则该极板电势为；若带正电极板接地，则该极板电势为0，电场中，电场中任一点的电势均小于零；若带负电极板接地，则该极板电任一点的电势均小于零；若带负电极板接地，则该极板电势为势为0，电场中任一点的电势均大于零还可根据，电场中任一点的电势均大于零还可根据E电电qA求电荷在某点求电荷在某点A的电势能的电势能1

8、带电粒子在电场中的匀速直线运动带电粒子在电场中的匀速直线运动这类问题实际上含有电场力的物体的平衡问题，求解这类问题实际上含有电场力的物体的平衡问题，求解时要注意电场力的特点，求解步骤为：选取研究对象，受时要注意电场力的特点，求解步骤为：选取研究对象，受力分析并画出受力图，再由平衡条件列出具体方程求未知力分析并画出受力图，再由平衡条件列出具体方程求未知量量2带电粒子做直线运动时，垂直于运动方向上所受带电粒子做直线运动时，垂直于运动方向上所受合力为零；在运动方向上所受合力可以为零合力为零；在运动方向上所受合力可以为零(匀速时匀速时)，也，也可以不为零可以不为零(变速时变速时)可用牛顿定律或能量观点

9、求解可用牛顿定律或能量观点求解1研究对象研究对象(1)基本粒子：如电子、质子、基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等除有说粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略但并不忽略质量质量)(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说带电颗粒：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带电粒子的加速及处理方法带电粒子的加速及处理方法(1)运动状态分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进运动状态分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在

10、同一直线上，做入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做匀加速直线运动匀加速直线运动3对偏转问题中的概念理解及处理方法对偏转问题中的概念理解及处理方法(1)偏转角：粒子飞出电场时，速度方向相对于初速度偏转角：粒子飞出电场时，速度方向相对于初速度方向转过的角度，如图方向转过的角度，如图3中的中的角角图图3 由上式可知，粒子的偏转角和偏转距离与粒子的由上式可知，粒子的偏转角和偏转距离与粒子的q、m无关，仅决定于加速电场和偏转电场即不同的带电粒无关，仅决定于加速电场和偏转电场即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场，它们在子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场，它们在电场

11、中的偏转角度和偏转距离总是相同的电场中的偏转角度和偏转距离总是相同的由上式可知，粒子从偏转电场中射出时，就像是从极由上式可知，粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的板间的l/2处沿直线射出处沿直线射出注意：注意：以上结论均适用于带电粒子能从电场中穿出情以上结论均适用于带电粒子能从电场中穿出情况如果带电粒子没有从电场中穿出，此时况如果带电粒子没有从电场中穿出，此时v0t不再等于板不再等于板长长L，应根据情况进行分析，应根据情况进行分析(1)偏转距离是沿场强方向的距离而不是初末位置偏转距离是沿场强方向的距离而不是初末位置间的距离间的距离(2)偏转角是两速度方向的夹角，而不是位移和速偏转角是两速度