高二物理暑期课程第4讲学案Word格式文档下载.docx

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６．重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动规律（类平抛运动）；

７．知道示波管的主要构造和工作原理。

二、过程与方法

１．通过对现象的分析，引导学生运用所学知识进行分析推理培养学生分析推理能力

２．通过影响平行板电容器电容因素的实验探究过程，体会其中蕴涵的物理方法：

控制变量法，能够对问题进行定性分析、定量分析等；

３．通过带电粒子在电场中的偏转学会类比的研究方法

４．培养学生综合运用力学和电学的知识分析解决带电粒子在电场中的运动

三、情感态度与价值观

１．通过学习，培养学生注意观察生活中的物理

２．体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养学生探究新事物的兴趣。

３．培养学生科学研究的意志品质

学习重点

１．静电平衡状态下导体中的电场强度、电势和电荷分布

2．电容、影响平行板电容器电容的因素

３．综合运用力学和电学的知识分析解决带电粒子在电场中的运动问题

学习难点

１．静电现象的利用和安全防护

２．对电容的理解

３．培养学生综合分析问题的能力，体会物理知识的实际应用。

学习过程：

一、复习预习

我们已经学习了电场的基本性质，对电场有了一些简单的认识，例如电场强度、电势、电场线等对电场的描述，同时也学习了关于试探电荷在电场中时受到的电场力力以及运动中的电势能变化和电场力做功的关系等等！

这一讲我们要在之前的基础上继续学习静电场的应用，例如导体在电场中存在时的电荷分布、利用仪器储存电荷、带电粒子在电场中的直线加速和曲线偏转问题……

二、知识讲解

考点/易错点1静电现象的应用

1、静电感应现象

在电场中的导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷的现象，叫静电感应。

2、静电平衡

概念：

物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。

条件：

E内=0

由于静电感应，在导体两侧出现等量异种电荷，在导体内部形成与场强E0反向的场强E′，在导体内任一点的场强可表示为：

E内=E0+E′

附加电场E′，与外电场E0方向相反，叠加的结果削弱了导体内部的电场。

随着导体两侧感应电荷继续增加，附加电场E′增强，合场强E内将逐渐减小，当E内=0时，自由电子的定向移动也停止了。

要说明的是，金属导体建立静电平衡状态的时间是短暂的。

3、处于静电平衡状态导体上电荷的分布

导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面上，越尖锐的位置，电荷分布的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。

4、处于静电平衡状态导体的特点

①处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零（注意：

这时的场强是合场强，即外电场和感应电场的叠加场强）。

②任何一点的场强方向跟该点所在的表面垂直。

③处于静电平衡状态的导体是个等势体，它的表面是个等势面。

5、静电屏蔽概念：

处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。

因此，可以利用金属外壳或金属网封闭某一区域，使该区域不再受外界电场的影响，这一现象叫做静电屏蔽。

英科学家表演特技触摸百万伏高压电

6、静电屏蔽的两种情形：

①金属壳内部空间不受壳外部电场的影响；

②接地的封闭的导体壳内部电场对壳外空间没有影响；

考点/易错点2电容器的电容

1、电容器

（1）任何两个彼此绝缘又相距很近的导体都可以看成一个电容器。

（2）电容器的充电、放电

把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板上就分别带上了等量的异种电荷，这个过程叫做充电；

把充电后的电容器的两个极板接通，两极板上的电荷互相中和，电容器就不带电了，这个过程叫做放电。

充电过程，电容器所带电荷量Q增加，板间电压U增加，板间场强E增加，电能转化为电场能；

放电过程，电容器所带电荷量Q减少，板间电压U减少，板间场强E减少，电场能转化为电能。

2、电容

（1）定义：

电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，用C表示，

。

（2）单位：

法拉（F），常用的还有微法（μF）、皮法（pF），1F=10-6μF=10-12pF。

F这个单位太大，实际中常用μF、pF做单位。

（3）物理意义：

电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量。

（4）电容C是用比值定义法定义的，本章学过的电场强度E、电势φ，都是用比值法定义的．电容C=Q/U，但不能说电容C与Q成正比、与U成反比．电容C由电容器本身的性质（导体大小、形状、相对位置及电介质等）决定的，与电容器是否带电无关。

（5）由C=Q/U可知C=ΔQ/ΔU

（6）由Q=CU知电容器带电量随电压的升高而增大，即带电荷量与电压成正比．

3、平行板电容器的电容

通过实验与理论分析可知，平行板电容器的电容与两板的正对面积S成正比，与两板间距d成反比，与充满两板间的电介质的相对介电常数

成正比，即

此式为平行板电容器的决定式，由此可知，平行板电容器的电容，与两平行板正对面积S成正比，与介质的相对介电常数

有关，与两极板间距离d成反比，即电容的大小完全由自身属性决定，跟电容器是否带电，带电荷量多少以及两板间电势差的大小无关。

考点/易错点3带电粒子在电场中运动

1、带电粒子在电场中的加速

从动力学角度看，带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做加（减）速直线运动，如果是匀强电场，则做匀变速速运动．

从功能角度看，粒子只受电场力作用，动能变化量等于电势能的变化量．

如图所示，若两极板间电压为U，带电离子的质量为m、电荷量为q，初速度为

，仅在电场力作用下加速，出射速度为v，则由动能定理得

解得

若粒子初速度为0，则

可见v与

（荷质比）有关

2、带电粒子在电场中的偏转

做平抛运动的物体，在水平方向上不受力，做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做自由落体运动，物体的实际运动为这两种运动的合运动。

带电粒子以速度v0垂直于电场线方向射入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做匀变速曲线运动，与平抛运动非常相似，我们称之为类平抛运动．分析求解时可按照求解平抛运动的思想、方法处理。

如图所示，若带电粒子垂直射入板长为

，两极间距离为d，电压为U的匀强电场，则其在电场中做类平抛运动，则

粒子在电场中运动的最长时间

粒子的加速度

粒子的侧位移

竖直方向的分速度

速度偏向角正切

位移偏向角正切

3、示波管的原理

（1）示波器：

用来观察电信号随时间变化的电子仪器。

其核心部分是示波管。

（2）示波管的构造：

由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。

（3）原理：

利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。

（4）对示波管的分析有以下两种情形：

①偏转电极不加电压：

从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。

②仅在XX′（或YY′）加电压：

a．若所加电压稳定，则电子流被加速、偏转后射到XX′（或YY′）所在直线上某一点，形成一个亮斑（不在中心）。

b．若所加电压按正弦函数规律变化，如U′=Umsin

，偏移也将按正弦规律变化，如x=xmsin

或y=ymsin

，则亮斑在水平方向或竖直方向做简谐运动。

当电压变化很快时，亮斑移动很快，由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，亮斑的移动看起来就成为一条水平或竖直的亮线。

三、例题精析

考点1.静电现象的应用

【基础巩固】

【例题1】下列关于静电感应和静电平衡的说法中，正确的是（）

A．静电感应是由于导体内的自由电子受电场力作用的结果

B．导体内的自由电荷都不运动称为静电平衡

C．导体静电平衡时，导体所占空间各处场强均为零

D．导体静电平衡时，导体内部将没有“净”电荷

【答案】AD

【解析】静电感应是由于导体内的自由电荷受电场力的作用而发生定向移动，最后达到稳定状态，选项A正确；

达到静电平衡后，自由电子不再定向移动，但是仍然做无规则的热运动，选项B错误；

处于静电平衡的导体，电荷只分布在外表面上，内部没有“净”电荷，选项D正确；

导体静电平衡时，内部场强为零，但表面场强不为零，选项C错误。

【中等强化】

【例题２】如图所示，有一球形空腔导体（不带电），现将一个带正电的小金属球A放入腔中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的场强E和电势

的关系是（）

A．

，

B．

C．

D．

【答案】D

【解析】a处较c处离场源电荷近，故a处电场强度大于c处。

b位于处于静电平衡状态的导体内部，场强为零，所以可排除A、C选项；

沿电场线方向电势依次降低，b位于导体内部，介于a、c之间，故a、b、c三点电势依次降低，D选项正确。

【培优拔高】

【例题３】用金属罩把验电器罩住，然后用带电金属球靠近验电器，发现验电器的箔片不张开，则下列说法正确的是（）

A．金属球上的电荷产生的电场被金属罩挡在外面

B．金属罩上的感应电荷的电场被金属罩挡在外面

C．金属罩上的感应电荷的电场和金属球上的电荷的电场都不能被挡在外面，只是这两个电场在罩中区域的合场强为零

D．以上说法都不正确

【答案】C

【解析】验电器不受外电场的影响并不是金属球上的电荷没有在罩中区域激发电场，而是被金属罩上的感应电荷在该区域激发的电场抵消。

所以从效果上来看，罩内区域不受外界电场的影响，仿佛罩子把外电场“挡住”一样，故选项C正确。

考点2.电容器的电容

【例题4】关于电容器的电容，下列说法中正确的是（）

A．电容器所带的电荷量越多，电容就越大

B．电容器两极板间的电压越高，电容就越大

C．电容器所带电荷量增加一倍，则两极板间的电压也一定增大一倍

D．电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量

【答案】CD

【解析】电容器的电容只与节电容器本身的因素有关，与电荷量和电压无关。

电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，Ｄ正确，在击穿电压范围内，根据

，C正确。

【例题5】当一个电容器所带电荷量为Q时，两极板间的电势差为U，如果所带电荷量增大为2Q，则（）

A．电容器的电容增大为原来的2倍，两极板间电势差保持不变

B．电容器的电容减小为原来的1/2倍，两极板间电势差保持不变

C．电容器的电容保持不变，两极板间电势差增大为原来的2倍

D．电容器的电容保持不变，两极板间电势差减少为原来的1/2倍

【解析】本题考查对电容器电容定义式的理解，应明确：

对某一电容器而言，其电容的大小，决定于它的结构，与其所带的电荷量及两极板间的电势差无关．由于电容器的内部结构不变，故其电容也不变．由电容的定义式C=Q/U可知，当所带的电荷量增大为2Q时，两极板间的电压也相应增大为2U，故本题应选C．

【例题6】用控制变量法，可以研究影响平行板电容器的因素（如图）。

设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为

实验中，极板所带电荷量不变，若（）

A．保持S不变，增大d，则

变大

B．保持S不变，增大d，则

变小

C．保持d不变，减小S，则

D．保持d不变，减小S，则

不变

【答案】A

【解析】由

知，保持S不变，增大d，电容减小。

由

知，Q一定，C减小，U增大，导致静电计指针偏角θ变大；

保持d不变，减小S，电容减小，θ变大。

正确选项为A。

考点３.带电粒子在电场中的运动

【例题7】负电的小球静止在水平位置的平行板电容器两板间，距下板0.8cm，两板间的电势差为300V，如果两板间的电势差减小到60V，则带电小球运动到极板上需多长时间？

【答案】

【解析】取带电小球为研究对象，设它带电量为q，则带电小球受重力mg和电场力qE的作用。

当U1=300V时，小球平衡，则

①

当U1=60V时，带电小球向下板做匀加速直线运动，则

②

又

③

联立①②③式，解得

【例题8】如图所示，水平放置的A、B两平行板相距h，上板A带正电。

现有质量为m、电荷量为+q的小球在B板下方距离为H处，以初速度v0竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板，A、B间电势差UAB应为多大？

【解析】对运动全过程应用动能定理，可得

解得

【例题9】一束电子流在经U=5000V的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示。

若两板间距d=1.0cm，板长l=5.0cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？

【解析】在加速电压一定时，偏转电压U′越大，电子在极板间的侧位移就越大。

当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压，即为题目要求的最大电压。

加速过程，由动能定理得

进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动，则

在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，则

侧位移

能飞出的条件为

联立以上各式，解得

四、课堂运用

１．某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未接通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看．为了使电视机不受于扰，可采取的办法是（）

A．将电视机用一金属笼子罩起来

B．将电视机用一接地金属笼罩起来

C．将高频热合机用一金属笼罩起来

D．将高频热合机用一接地金属笼罩起来

2．对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是（）

A．将两极板的间距加大，电容将增大

B．将两极扳平行错开，使正对面积减小，电容将减小

C．在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大

D．在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大

3．两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图所示，OA=h，此电子具有的初动能是（）

B．edUh

4．一个带电的金属球，当它带的电荷量增加后（稳定），其内部的场强（）

A．一定增强B．不变C．一定减弱D．可能增强也可能减弱

5．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板。

对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动。

在P、Q间距增大过程中（）

A．P、Q构成的电容器的电容增大

B．P上电荷量保持不变

C．M点的电势比N点的低

D．M点的电势比N点的高

６．如图所示，A为空心金属球壳，将另带正电的小球C从A的开口处放人球壳中央，且不接触A球，然后用手摸一下A球，再移走C球，则（）

A．A球带负电B．A球带正电

C．A球不带电D．无法判断

７．两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图所示，接通开关K，电源即给电容器充电（）

　　A．保持K接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小

B．保持K接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电荷量增大

C．断开K，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小

D．断开K，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大

８．如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。

在Oxy平面的ABCD区域内，存在两个场强大小均为E的匀强电场I和II，两电场的边界均是边长为L的正方形（不计电子所受重力）。

（1）在该区域AB边的中点处由静止释放电子，求电子离开ABCD区域的位置。

（2）在电场I区域内适当位置由静止释放电子，电子恰能从ABCD区域左下角D处离开，求所有释放点的位置。

五、课程小结

1．静电平衡状态下导体有什么特点？

2．静电屏蔽有哪几种情况？

有哪些应用？

3．电容的定义式与平行板电容器的决定式

4．电源与电容器相连与断开两种典型情况

5．电容器极板间的电场强度

6．带电粒子在场中的运动问题，由于涉及的知识点众多，要求的综合能力较高，需要将几个基本的运动----直线运动中的加速、减速、往返运动、以及曲线运动中的平抛运动等进行综合分析，同时需要将牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定律等进行综合运用。

六、课后作业

1．导体处于静电平衡，下列说法正确的是（　　）

A．导体内部没有电场

B．导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面

C．导体内部没有电荷的运动

D．以上说法均不正确

2．下列关于电容器和电容的说法中，错误的是（　　）

A．电容器A的体积比B大，说明A的电容一定比B的大

B．对于确定的电容器，其带的电荷量与两板间的电压（小于击穿电压且不为零）成正比

C．无论电容器的电压如何变化（小于击穿电压且不为零），它所带的电荷量与电压比值恒定不变

D．电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，其大小与加在两板上的电压无关

3．带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时（仅受电场力）（　　）

A．电势能增加，动能增加　　B．电势能减小，动能增加

C．电势能和动能都不变D．电势能不变，动能增加

4．对给定的电容器，如图，是描述电容C、带电荷量Q、电势差U之间的相互关系的图线，正确的是（　　）

5．如图所示，矩形区域ABCD内存在竖直向下的匀强电场，两个带正电的粒子a和b以相同的水平速

度射入电场，粒子a由顶点A射入，从BC的中点P射出，粒子b由AB的中点O射入，从顶点C射出。

若不计重力，则a和b的比荷（即粒子的电荷量与质量之比

）之比是（　　）

A．1∶2

B．2∶1

C．1∶8D．8∶1

6．一束电子流经过U＝5000V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示，若两板间距离d＝1.0cm，板长l＝5.0cm，那么，要使电子能从平行板间飞

出，两个极板上最大能加多大电压？