2025年高中物理复习讲解第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动.doc

第3讲电容器带电粒子在电场中的运动

一、电容器及电容

1.电容器

(1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。

(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。

(3)电容器的充、放电

①充电：电容器充电的过程中，两极板所带的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中。

②放电：放电过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为其他形式的能量。

2.电容

(1)定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比。

(2)定义式：C＝eq\f(Q,U)。

(3)单位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1F＝106μF＝1012pF。

(4)意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。

(5)决定因素：由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及电压无关。

3.平行板电容器的电容

(1)决定因素：正对面积，电介质，两极板间的距离。

(2)决定式：C＝eq\f(εrS,4πkd)。

二、带电粒子在电场中的运动

1.加速

(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

(1)运动情况：如果带电粒子以初速度v0垂直场强方向进入匀强电场中，则带电粒子在电场中做类平抛运动，如图1所示。

图1

(2)处理方法：将带电粒子的运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和沿电场力方向的匀加速直线运动。根据运动的合成与分解的知识解决有关问题。

(3)基本关系式：运动时间t＝eq\f(l,v0)，加速度a＝eq\f(F,m)＝eq\f(qE,m)＝eq\f(qU,md)，偏转量y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(qUl2,2mdveq\o\al(2,0))，偏转角θ的正切值，tanθ＝eq\f(vy,v0)＝eq\f(at,v0)＝eq\f(qUl,mdveq\o\al(2,0))。

三、示波管

1.示波管的构造

①电子枪，②偏转电极，③荧光屏(如图2所示)

图2

2.示波管的工作原理

(1)YY′偏转电极上加的是待显示的信号电压，XX′偏转电极上是仪器自身产生的锯齿形电压，叫做扫描电压。

(2)观察到的现象

①如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线运动，打在荧光屏中心，产生一个亮斑。

②若所加扫描电压和信号电压的周期相等，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的稳定图像。

【自测】图3是示波管的原理图。它由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成。管内抽成真空，给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点，在那里产生一个亮斑。下列说法不正确的是()

图3

A.要想让亮斑沿OY向上移动，需在偏转电极YY′上加电压，且Y′比Y电势高

B.要想让亮斑移到荧光屏的左下方，需在偏转电极XX′、YY′上加电压，且X比X′电势低、Y比Y′电势低

C.要想在荧光屏上出现一条竖直亮线，需在偏转电极YY′上加特定的周期性变化的电压

D.要想在荧光屏上出现一条正弦曲线，需在偏转电极XX′上加适当频率的扫描电压、在偏转电极YY′上加按正弦规律变化的电压

答案A

解析要想让亮斑沿OY向上移动，需在偏转电极YY′上加电压，要使电子受向上的电场力，则要使Y比Y′电势高，选项A错误；要想让亮斑移到荧光屏的左下方，即使电子受到OX′以及OY′方向的电场力，需在偏转电极XX′、YY′上加电压，且X比X′电势低、Y比Y′电势低，选项B正确；要想在荧光屏上出现一条竖直亮线，需在偏转电极YY′上加特定的周期性变化的电压，选项C正确；要想在荧光屏上出现一条正弦曲线，需在偏转电极XX′上加适当频率的扫描电压、在偏转电极YY′上加按正弦规律变化的电压，选项D正确。

命题点一实验十观察电容器的充、放电现象

【例1】(2021·北京西城区模拟)在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图4所示连接电路。电源电动势为8.0V，内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。

图4

(1)开关S改接2后，电容器进行的是________(选填“充电”或“放电”)过程。此过程得到的I－t图像如图5所示，图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是____________。如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的I－t曲线与坐标轴所围成的面积将________(选填“减小”“不变”或“增大”)。

图5

(2)若实验中测