【人教版物理】2012创新设计高考大一轮复习课件：电容器与电容 带电粒子在电场中的运动

自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动基础导学一、电容器、电容1．电容器(1)组成：由两个彼此又相互的导体组成．(2)带电量：一个极板所带电量的．(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．绝缘靠近绝对值异种电荷电场能电场能自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破2．电容(1)定义：电容器所带的与电容器两极板间的电势差U的比值．(2)定义式：C＝QU(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＝1012pF3．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，与成反比．(2)决定式：C＝εrS4πkd，k为静电力常量．特别提醒：电容器的电容大小是由电容器本身的特性决定的，与极板间电压以及电容器带电量多少，带不带电荷无关．电荷量Q容纳电荷106正对面积正对面积两板间的距离自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破二、带电粒子在电场中的运动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：(1)用动力学观点分析：a＝qEm，E＝Ud，v2－v02＝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＝12mv2－12mv02加(减)速自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破2．带电粒子在匀强电场中的偏转(1)研究条件：带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场．(2)处理方法：类似于平抛运动，应用运动的的方法．①沿初速度方向做运动，运动时间t＝lv0②沿电场力方向，做运动加速度：a＝Fm＝qEm＝Uqmd离开电场时的偏移量：y＝12at2＝Uql22mdv02离开电场时的偏转角：tanθ＝vyv0＝Uqlmdv02合成与分解匀速直线匀加速直线自主学习回顾核心要点突破热考题型突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练三、示波管的原理1．构造：(1)，(2)，(3).2．工作原理(如图6－3－1所示)(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传播，打在荧光屏，在那里产生一个亮斑．(2)YY′上加的是待显示的，XX′上是机器自身产生的锯齿形电压，叫做扫描电压，若所加扫描电压和信号电压的周期相同，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．图6－3－1电子枪偏转电极荧光屏中心信号电压自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破自我诊断1．(2011·西安模拟)如图6－3－2所示为一只“极距变化型电容式传感器”的部分构件示意图．当动极板和定极板之间的距离d变化时，电容C便发生变化，通过测量电容C的变化就可知道两极板之间距离d的变化情况．在下列图中能正确反映C与d之间变化规律的图象是()解析：由平行板电容器电容的决定式C＝εrS/(4πkd)可知，电容C与极板之间距离d成反比，在第一象限反比例函数图象是一条双曲线，所以A正确．答案：A图6－3－2自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破2．一匀强电场，场强方向是水平的(如图6－3－3所示)，一个质量为m的带正电的小球，从O点出发，初速度的大小为v0，在电场力与重力的作用下，恰能沿与场强的反方向成θ角做直线运动．设小球在O点的电势能为零，则小球运动到最高点时的电势能为()A.12mv0220B.12mv02sin2θC.12mv02tan2θD.12mv02cos2θ解析：由题意可知，小球所受合力为F＝mgsinθ，设最高点到O点距离为x，则由动能定理可得mgsinθx＝12mv0，由能量守恒可得小球在最高点的电势能E＝12mv02－mgxsinθ，联立两式解得E＝12mv02cos2θ，D正确．答案：D图6－3－3自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破3．如图6－3－4所示，M、N是竖直放置的两平行金属板，分别带等量异种电荷，两极间产生一个水平向右的匀强电场，场强为E，一质量为m、电量为＋q的微粒，以初速度v0竖直向上从两极正中间的A点射入匀强电场中，微粒垂直打到N极上的C点，已知AB＝BC.不计空气阻力，则可知()A．微粒在电场中作抛物线运动B．微粒打到C点时的速率与射入电场时的速率相等C．MN板间的电势差为2mv02/qD．MN板间的电势差为Ev02/2g图6－3－4自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破解析：由题意可知，微粒所受重力及电场力均为恒力，其合力也为恒力．所以微粒应做抛物线运动，A项正确；因AB＝BC，即v02·t＝vc2·t可见vc＝v0.故B项正确；由q·U2＝12mvc2，得U＝mvc2q＝mv02q，故C项错误；又由mg＝qE得q＝mgE代入U＝mv02q，得U＝mv02q，故D项错误．答案：AB自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破4．如图6－3－5所示，有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U2时，带电粒子沿②轨迹落到B板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为()A．U1∶U2＝1∶8B．U1∶U2＝1∶4C．U1∶U2＝1∶2D．U1∶U2＝1∶1解析：由y＝12at2＝12Uqmd·l2v02得：U＝2mv02dyql2，所以U∝yl2，可知A项正确．答案：A图6－3－5自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破5．(2010·安徽理综)如图6－3－6所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部．闭合电键S，小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是()A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小解析：当电路接通后，对小球受力分析：小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用，其中重力为恒力，当电路稳定后，R1中没有电流，两端等电势，因此电容器两极板电压等于R0两端电压，当R2不变，R1变化时，电容器两极板电压不变，板间电场强度不变，小球所受电场力不变，F不变，C、D两项错．若保持R1不变，缓慢增大R2，R0两端电压减小，电容器两端电压减小，内部电场减弱，小球受电场力减小，F变小．故B项正确．答案：B图6－3－6自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破一、电容器两类问题比较二、带电粒子在电场中的运动分析1．带电粒子在电场中的运动是否考虑重力(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．分类充电后与电池两极相连充电后与电池两极断开不变量UQd变大C变小Q变小E变小C变小U变大E不变S变大C变大Q变大E不变C变大U变小E变小εr变大C变大Q变大E不变C变大U变小E变小自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破2．粒子的偏转角问题(1)已知电荷情况及初速度如图6－3－7所示，设带电粒子质量为m，带电荷量为q，以速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转电压为U1.若粒子飞出电场时偏转角为θ，则tanθ＝vyvx，式中vy＝at＝qU1dm·lv0，vx＝v0，代入得tanθ＝qU1lmv02d.①图6－3－7如何增大带电粒子在电场中的偏转角？自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破结论：动能一定时tanθ与q成正比，电荷量相同时tanθ与动能成反比．(2)已知加速电压U0若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有：qU0＝12mv02②由①②式得：tanθ＝U1l2U0d③结论：粒子的偏转角与粒子的q、m无关，仅取决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，它们在电场中的偏转角度总是相同的．自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破3．粒子的偏转量问题(1)y＝12at2＝12·qU1dm·lv02④作粒子速度的反向延长线，设交于O点，O点与电场边缘的距离为x，则x＝ytanθ＝qU1l22dmv02qU1lmv02d＝l2.结论：粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的l/2处沿直线射出．(2)若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加速后进入偏转电场U1的，则由②和④，得：y＝U1l24U0d结论：粒子的偏转距离与粒子的q、m无关，仅取决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，它们在电场中的偏转距离总是相同的.如何减小带电粒子在电场中的偏转角？自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破平行板电容器的动态分析【例1】(2010·北京理综，18)用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图6－3－8)．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6－3－8自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破解析：静电计指针偏角体现电容器两板间电压大小．在选项所述的操作中，电容器电荷量Q保持不变，C＝QU＝εrS4πkd.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，偏角θ增大，故选项C、D均错．答案：A反思领悟：运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路．(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．自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破如图6－3－9甲所示为某同学设计的电容式位移传感器原理图，其中右板为固定极板，左板为可动极板，待测物体固定在可动极板上．若两极板所带电荷量Q恒定，极板两端电压U将随待测物体的左右移动而变化，若U随时间t的变化关系为U＝at＋b(a、b为大于零的常数)，其图象如图乙所示，那么图丙、图丁中反映极板间场强大小E和物体位移x随时间t变化的图线是(设t＝0时物体位移为零)()图6－3－9A．①和③B．②和④C．②和③D．①和④自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破解析：由公式C＝QU＝εrS4πkd，极板间电场强度E＝Ud＝4πkQεS，可知极板间距离发生变化时，E不变，故图线①对②错；极板间距离d＝d0＋x根据U＝at＋b，可知极板间电压随时间均匀增大，即d随时间均匀增大，说明可动极板向左移动的位移x随时间t均匀增加，可动极板匀速向左运动，故图线④对③错．答案：D自主学习回顾核心要点突破随堂专项演练易错易混分析限时规范训练热考题型突破带电体在匀强电场中做直线运动问题的分析【例2】(2011·济南模拟)如图6－3－10所示，一带电荷量为＋q、质量为m的小物块处于一倾角为37°的光滑斜面上，当整个装置被置于一水平向右的匀强电