【导与练】2015届高考物理大一轮复习 第6章 第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版

第3讲电容器带电粒子在电场中的运动1．常见电容器(1)组成：由两个彼此_____又相互_____的导体组成．(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的________．(3)电容器的充、放电充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两板带上等量的__________，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．常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系(考纲要求Ⅰ)绝缘靠近绝对值异种电荷电场能电场能2．电容(1)定义：电容器所带的__________Q与电容器两极板间的电势差U的比值．(2)定义式：C＝________.(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＝1012pF电荷量QU容纳电荷1063．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，与两板间的距离成反比．(2)决定式：C＝εrS4πkd，k为静电力常量．正对面积介电常数判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．(1)任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了电容器，跟这两个导体是否带电无关．()(2)电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和．()(3)电容器的电容与电容器所带电荷量成反比．()(4)一个电容器的电荷量增加ΔQ＝1.0×10－6C时，两板间电压升高10V，则电容器的电容C＝1.0×10－7F.()(5)放电后的电容器电量为零，电容也为零．()答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×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：带电粒子在匀强电场中的运动(考纲要求Ⅱ)(1)用动力学观点分析：a＝qEm，E＝Ud，v2－v20＝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＝12mv2－12mv20.加(减)速2．带电粒子在匀强电场中的偏转(1)条件分析：带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场．(2)运动性质：_____________运动．(3)处理方法：分解成相互____的两个方向上的________，类似于__________．(4)运动规律：①沿初速度方向做__________运动．②沿电场方向，做初速度为零的_____________运动．匀变速曲线垂直直线运动平抛运动匀速直线匀加速直线加速度：a＝Fm＝Eqm＝Uqmd运动时间a.能飞出平行板电容器：t＝lv0b.打在平行极板上：y＝12at2＝12·qUmdt2，t＝2mdyqU离开电场时的偏移量：y＝12at2＝qUl22mv20d离开电场时的偏转角：tanθ＝vyv0＝qUlmv20d1.构造①________，②偏转极板，③荧光屏．(如图6－3－1所示)图6－3－1示波管(考纲要求Ⅰ)电子枪2．工作原理(1)YY′上加的是待显示的_________，XX′上是机器自身产生的锯齿形电压，叫做__________．(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_____，在那里产生一个亮斑．②若所加扫描电压和__________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象．信号电压扫描电压中心信号电压1．(多选)有一只电容器的规格是“1.5μF,9V”，那么()．A．这只电容器上的电荷量不能超过1.5×10－5CB．这只电容器上的电荷量不能超过1.35×10－5CC．这只电容器的额定电压为9VD．这只电容器的击穿电压为9V解析9V为电容器的额定电压(或工作电压)，故C正确；正常工作时的带电荷量Q＝CU＝1.5×10－6×9C＝1.35×10－5C，选项B亦正确．答案BC基础自测2．(单选)如图6－3－2所示，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θ.实验中，极板所带电荷量不变，若()．A．保持S不变，增大d，则θ变大B．保持S不变，增大d，则θ变小C．保持d不变，减小S，则θ变小D．保持d不变，减小S，则θ不变图6－3－2解析静电计指针偏角反映电容器两板间电压大小．在做选项所示的操作中，电容器电荷量Q保持不变，由C＝QU＝εrS4πkd知，保持S不变，增大d，则C减小，U增大，偏角θ增大，选项A正确，B错误；保持d不变，减小S，则C减小，U增大，偏角θ也增大，故选项C、D均错．答案A3．(单选)如图6－3－3所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板的速度为v，保持两板间电压不变，则()．图6－3－3A．当减小两板间的距离时，速度v增大B．当减小两板间的距离时，速度v减小C．当减小两板间的距离时，速度v不变D．当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间变长解析由动能定理得eU＝12mv2，当改变两极板间的距离时，U不变，v就不变，故选项A、B错误，C正确．粒子在极板间做初速度为零的匀加速直线运动，v＝dt，v2＝dt，即t＝2dv，当d减小时，v不变，电子在两极板间运动的时间变短，故选项D错误．答案C4．(多选)如图6－3－4所示，在等势面沿竖直方向的匀强电场中，一带负电的微粒以一定初速度射入电场，并沿直线AB运动，由此可知()．图6－3－4A．电场中A点的电势高于B点的电势B．微粒在A点时的动能大于在B点时的动能，在A点时的电势能小于在B点时的电势能C．微粒在A点时的动能小于在B点时的动能，在A点时的电势能大于在B点时的电势能D．微粒在A点时的动能与电势能之和等于在B点时的动能与电势能之和解析一带负电的微粒以一定初速度射入电场，并沿直线AB运动，其受到的电场力F只能垂直于等势面水平向左，则电场方向水平向右，如图所示，所以电场中A点的电势高于B点的电势，A对；微粒从A向B运动，则合外力做负功，动能减小，电场力做负功，电势能增加，C错、B对；微粒的动能、重力势能、电势能三种能量的总和保持不变，所以D错．答案AB5．(单选)如图6－3－5所示，示波器的示波管可视为加速电场与偏转电场的组合，若已知加速电压为U1，偏转电压为U2，偏转极板长为L，极板间距为d，且电子被加速前的初速度可忽略，则关于示波器灵敏度[即偏转电场中每单位偏转电压所引起的偏转量yU2]与加速电场、偏转电场的关系，下列说法中正确的是()．图6－3－5A．L越大，灵敏度越高B．d越大，灵敏度越高C．U1越大，灵敏度越高D．U2越大，灵敏度越高解析偏转位移y＝12at2＝12qU2mdLv2＝U2L24dU1，灵敏度yU2＝L24dU1，故A正确，B、C、D错误．答案A热点一平行板电容器的动态问题分析1．分析比较的思路(1)确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变．(2)用决定式C＝εrS4πkd分析平行板电容器电容的变化．(3)用定义式C＝QU分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化．(4)用E＝Ud分析电容器极板间场强的变化．2．平行板电容器的动态分析问题常见的类型平行板电容器的动态分析问题有两种情况：一是电容器始终和电源连接，此时U恒定．二是电容器充电后电源断开，此时Q恒定．【典例1】如图6－3－6所示，先接通S使电容器充电，然后断开S.当增大两极板间距离时，电容器所带电荷量Q、电容C、两极板间电势差U、两极板间场强E的变化情况是()．A．Q变小，C不变，U不变，E变小B．Q变小，C变小，U不变，E不变C．Q不变，C变小，U变大，E不变D．Q不变，C变小，U变小，E变小审题指导电容器充电后与电源断开，则电容器所带的电荷量保持不变，根据这个不变量可分析其他物理量的变化情况．图6－3－6解析电容器充电后再断开S，则电容器所带的电荷量Q不变，由C∝εrSd可知，d增大时，C变小；又U＝QC，所以U变大；由于E＝Ud，U＝QC＝4πkdQεrS，所以E＝4πkQεrS，故d增大时，E不变，选项C正确．答案C反思总结解电容器问题的常用技巧(1)在电荷量保持不变的情况下，电场强度与板间的距离无关．(2)对平行板电容器的有关物理量Q、E、U、C进行讨论时，关键在于弄清哪些是变量，哪些是不变量，在变量中哪些是自变量，哪些是因变量，抓住C＝εrS4πkd、Q＝CU和E＝Ud进行判定即可．【跟踪短训】1．如图6－3－7所示，两块平行金属板正对着水平放置，两板分别与电源正、负极相连．当开关闭合时，一带电液滴恰好静止在两板间的M点．则()．图6－3－7A．当开关闭合时，若减小两板间距，液滴仍静止B．当开关闭合时，若增大两板间距，液滴将下降C．开关再断开后，若减小两板间距，液滴仍静止D．开关再断开后，若增大两板间距，液滴将下降解析当开关闭合时，电容器两端电压为定值，等于电源电压，设为U，两板间的距离为d，带电液滴处于平衡状态，则mg＝qUd，当两板间的距离减小时，带电液滴所受电场力大于其重力，液滴将向上做匀加速运动，A错误；两板间的距离增大时，带电液滴所受电场力小于重力，液滴将向下做匀加速运动，B正确；当开关断开后，电容器无法放电，两板间的电荷量不变，设为Q，此时两板间的场强大小为E＝Ud＝QCd＝4πkdQεrSd＝4πkQεrS，可见场强大小与两板间距离无关，即场强大小保持不变，电场力不变，液滴保持静止，C正确，D错误．答案BC2．给平行板电容器充电，断开电源后A极板带正电，B极板带负电．板间一带电小球C用绝缘细线悬挂，如图6－3－8所示．小球静止时与竖直方向的夹角为θ，则()．图6－3－8A．若将B极板向右平移少许，电容器的电容将减小B．若将B极板向下平移少许，A、B两板间电势差将增大C．若将B极板向下平移少许，夹角θ将变大D．轻轻将细线剪断，小球将做斜抛运动解析平行板电容器的电容为C＝εrS4πkd，电容器两极板间的电压为U＝QC＝4πkdQεrS，两极板间电场的场强大小为E＝Ud＝4πkQεrS.给平行板电容器充电，断开电源后电容器的带电荷量Q保持不变，B极板向右平移少许，两极板间的距离变大，电容器的电容将减小，A正确；B极板向下平移少许，两极板的正对面积减小，两极板间的电势差增大，两极板间的场强增大，带电小球C所受的电场力增大，夹角θ将变大，B、C正确；将细线剪断，带电小球C受到重力和电场力的作用，合力保持不变，小球做直线运动，D错误．答案ABC带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法热点二带电粒子(带电体)在匀强电场中的直线运动问题【典例2】(2013·全国新课标Ⅰ，16)一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)．小孔正上方d2处的P点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未与极板接触)返回．若将下极板向上平移d3，则从P点开始下落的相同粒子将()．A．打到下极板上B．在下极板处返回C．在距上极板d2处返回D．在距上极板25d处返回解析带电粒子在重力作用下下落，此过程中重力做正功，当带电粒子进入平行板电容器时，电场力对带电粒子做负功，若带电粒子在下极板处返回，由动能定理得mgd2＋d－qU＝0；答案D若电容器下极板上移d3，设带电粒子在距上极板d′处返回，则重力做功WG＝mgd2＋d′，电场力做功W电＝－qU′＝－qd′d－d3U＝－q3d′2dU，由动能定理得WG＋W电＝0，联立各式解得d′＝25d，选项D正确．反思总结处理带电粒子在电场中运动的常用技巧(1)微观粒子(如电子、质子、α粒子等)在电场中的运动，通常不必考虑其重力及运动中重力势能的变化．(2)普通的带电体(如油滴、尘埃、小球等)在电场中的运动，除题中说明外，必须考虑其重力及运动中重力势能的变化．【跟踪短训】3．如图6－3－9所示，沿水平方向放置的平行金属板a和b分别与电源的正负极相连，a、b板的中央沿竖直方向各有一个小孔，闭合开关S后，带正电