2021年高考物理一轮复习考点23电容器带电粒子在电场中的运动课件

电容器带电粒子在电场中的运动考点23第1步狂刷小题·夯基础题组一基础小题1．对于某一电容器，下列说法正确的是()A．电容器所带的电荷越多，电容越大B．电容器两极板间的电势差越大，电容越大C．电容器所带的电荷量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍D．电容器两极板间的电势差减小到原来的12，它的电容也减小到原来的12解析电容是反映电容器容纳电荷本领大小的物理量，数值上等于电容器所带的电荷量与两极板间的电势差的比值，与电容器是否带电、带电量的多少、电势差的大小都无关，故A、B、D错误；根据定义C＝QU，电容器所带的电荷增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍，故C正确。答案解析2．水平放置的平行板电容器与某恒压电源相连，一带电液滴在两板间处于静止状态，现将上板瞬间向上移动少许到图中水平虚线位置，则()A．电容器的电容增大B．电容器的电荷量增大C．电容器的电压增大D．液滴向下运动答案解析带电液滴置于水平放置的平行板电容器的两板间而静止，重力和电场力平衡；现将上极板向上移动少许，板间距离增大，根据C＝εrS4πkd可知，电容减小；由于电容器与电源相连，其电压不变，当电容减小时，由Q＝UC可知，Q会减小；因电压不变，极板间距增大，根据U＝Ed，电场强度变小，电场力小于重力，则液滴向下运动。综上所述，D正确，A、B、C错误。解析3．某种位移式传感器的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，平行金属板A、B和介质P构成电容器，在可移动介质P向右匀速移出的过程中()A．电容器的电容变大B．电容器的电荷量保持不变C．M点的电势比N点的电势低D．流过电阻R的电流方向从M到N答案解析介质P向右匀速移出的过程中，根据电容的决定式C＝εrS4πkd，分析可知电容变小，而电容器与电源相连，其两极板间的电压不变，由C＝QU分析可知两极板所带电荷量变小，电容器处于放电状态，则流过电阻R的电流方向从M到N，M点的电势比N点的电势高，故A、B、C错误，D正确。解析4．一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，两板间有一个正检验电荷固定在P点，如图所示，以C表示电容器的电容、E表示两板间的场强、φ表示P点的电势，Ep表示正电荷在P点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离l0，则下列关于各物理量与负极板移动距离x的关系图象中正确的是()答案解析当负极板右移时，极板间距d减小，由C＝εrS4πkd－x可知，C与x为非线性关系，故A错误；由U＝QC可知，U＝4πkd－xεrSQ，则E＝Ud－x＝4πkQεrS，故E不随x变化，B错误；因负极板接地，设P点原来距负极板距离为l，则在负极板移动过程中，P点的电势φ＝E(l－x)，故C正确；在负极板移动过程中，正电荷在P点的电势能Ep＝φq＝Eq(l－x)，可知Ep随x的增大而减小，故D错误。解析5.电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量E与电容器的电容C、电荷量Q及电容器两极间电压U之间的关系，他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服电场力所做的功，为此他作出电容器两极间的电压U随电荷量Q变化的图象(如图所示)，按照他的想法，下列说法正确的是()A．U­Q图线的斜率越大，电容C越大B．搬运Δq的电荷量，克服电场力所做的功近似等于Δq上方小矩形的面积C．对同一电容器，电容器储存的能量E与两极间电压U成正比D．若电容器电荷量为Q时储存的能量为E，则电容器电荷量为Q2时储存的能量为E2答案解析U­Q图线的斜率k＝ΔUΔQ＝1C越大，电容C越小，故A错误；将一个微小电荷Δq从一个极板移到另一极板，克服电场力做功ΔW＝ΔqU，故B正确；将Δq累加，可知在U­Q图象中，图线与Q轴所围成的面积为12QU，也就是克服电场力所做的功W＝12QU，又由电容定义式C＝QU，可知电容器储存的电能为E＝12CU2，所以对同一电容器，电容器储存的能量E与两极间电压U的平方成正比，C错误；若电容器电荷量为Q时储存的能量为E，有E＝12CU2＝Q22C，则电容器电荷量为Q2时储存的能量为E4，故D错误。解析6.为了减少污染，工业废气需用静电除尘器除尘，某除尘装置如图所示，其收尘极为金属圆筒，电晕极位于圆筒中心。当两极接上高压电源时，电晕极附近会形成很强的电场使空气电离，废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用下向收尘极运动并沉积，以达到除尘目的。假设尘埃向收尘极运动过程中所带电量不变，下列判断正确的是()A．金属圆筒内存在匀强电场B．金属圆筒内越靠近收尘极电势越低C．带电尘埃向收尘极运动过程中电势能越来越大D．带电尘埃向收尘极运动过程中受到的电场力越来越小答案解析根据图中信息可知除尘器内电场在水平面上的分布类似于负点电荷的电场，电场线方向由收尘极指向电晕极，A错误；逆着电场线方向，电势变高，故越靠近收尘极，电势越高，B错误；尘埃带负电后受电场力作用向收尘极运动，电场力做正功，电势能越来越小，C错误；离电晕极越远，电场线越稀疏，场强越小，尘埃带电量不变，故其受到的电场力越小，D正确。解析7．如图，带电粒子由静止开始，经电压为U1的加速电场加速后，垂直电场方向进入电压为U2的平行板电容器，经偏转落在下板的中间位置。为使同样的带电粒子，从同样的初始位置由静止加速、偏转后能穿出平行板电容器，下列措施可行的是()A．保持U2和平行板间距不变，减小U1B．保持U1和平行板间距不变，增大U2C．保持U1、U2和下板位置不变，向下平移上板D．保持U1、U2和下板位置不变，向上平移上板答案解析保持U2和平行板间距不变，平行板电容器中匀强电场的场强大小不变，粒子运动到下极板所需的时间不变，减小U1，则粒子的初速度减小，更难以穿出平行板电容器，故A错误；保持U1和平行板间距不变，则粒子初速度不变，增大U2，平行板电容器中匀强电场的场强增大，粒子运动至下极板所需时间减小，不能穿出平行板电容器，故B错误；保持U1、U2和下板板位置不变，要想粒子穿出平行板电容器，必须减小偏转电场的场强，由E＝Ud可知，需要增大板间距，故应向上平移上板，故C错误，D正确。解析8．如图所示，A、B两导体板平行放置，在t＝0时将电子从A板附近由静止释放(电子的重力忽略不计)，若分别在A、B两板间加下图所示的四种电压，则其中可能使电子打不到B板的是()答案解析加A图电压，电子从A板开始向B板做匀加速直线运动，一定能打到B板上，故A错误；加B图电压，0～t0电子向B板做匀加速运动，t0～2t0向B板做加速度大小相同的匀减速运动，2t0～3t0向A板做匀加速运动，3t0～4t0向A板做匀减速运动，t＝4t0时电子回到出发点，可知电子有可能打不到B板，故B正确；加C图电压，电子一直向B板运动，可知一定能打到B板，故C错误；加D图电压，可知电子在一个周期内速度的方向不变，一直向B板运动，一定能打到B板，故D错误。解析9.(多选)如图所示，两块带有等量异号电荷的平行金属板A、B倾斜放置，板与水平方向的夹角θ＝37°，一个电荷量为q＝1.25×10－3C、质量为m＝10g的小球，自A板上的小孔P以水平速度v0＝0.075m/s飞入两板之间的电场，未与B板相碰又回到P点(g取10m/s2，sin37°＝0.6)，下列说法正确的是()A．板间电场强度大小为100V/mB．板间电场强度大小为133V/mC．粒子在电场中运动的时间为0.02sD．粒子在电场中运动的时间为0.04s答案解析小球又回到P点，则小球所受重力和电场力的合力与v0反向，对小球进行受力分析，有cosθ＝mgEq，解得电场强度大小为E＝100V/m，A正确，B错误；小球的加速度大小为a＝mgtan37°m＝gtan37°＝7.5m/s2，在电场中运动的时间t＝2v0a＝0.02s，C正确，D错误。解析题组二高考小题10．(2018·北京高考)研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示，下列说法正确的是()A．实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电B．实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小C．实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大D．实验中，只增加极板带电量，静电计指针的张角变大，表明电容增大答案解析用带电玻璃棒与电容器a板接触，由于静电感应，从而在b板感应出等量的异种电荷，从而使电容器带电，故A正确；根据平行板电容器的决定式C＝εrS4πkd，将电容器b板向上平移，即正对面积S减小，则电容C减小，根据C＝QU可知，电荷量Q不变，则电压U增大，则静电计指针的张角变大，故B错误；根据电容器的决定式C＝εrS4πkd，只在极板间插入有机玻璃板，则相对介电常数εr增大，则电容C增大，根据C＝QU可知，电荷量Q不变，则电压U减小，则静电计指针的张角减小，故C错误；电容与电容器所带的电荷量无关，故电容C不变，故D错误。解析11．(2016·全国卷Ⅰ)一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上。若将云母介质移出，则电容器()A．极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大B．极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大C．极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变D．极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变解析电容器电容C＝εrS4πkd，云母介质移出，εr减小，C减小；又C＝QU，电源恒压，即U一定，C减小，故Q减小；电场强度E＝Ud，故E不变，D正确。答案解析12．(2018·江苏高考)如图所示，水平金属板A、B分别与电源两极相连，带电油滴处于静止状态。现将B板右端向下移动一小段距离，两金属板表面仍均为等势面，则该油滴()A．仍然保持静止B．竖直向下运动C．向左下方运动D．向右下方运动解析两极板平行时带电油滴处于平衡状态，则重力等于电场力，当下极板右端向下移动一小段距离时，板间距离增大场强减小，电场力小于重力；由于电场线垂直于金属板表面，所以电荷处的电场线如图所示，所以重力与电场力的合力偏向右下方，故油滴向右下方运动，D正确。答案解析13．(2019·江苏高考)一匀强电场的方向竖直向上。t＝0时刻，一带电粒子以一定初速度水平射入该电场，电场力对粒子做功的功率为P，不计粒子重力，则P­t关系图象是()答案解析设粒子带正电，运动轨迹如图所示。水平方向：粒子不受力，vx＝v0。沿电场方向：电场力F电＝qE，加速度a＝F电m＝qEm，经时间t，粒子沿电场方向的速度vy＝at＝qEtm，电场力做功的功率P＝F电vy＝qE·qEtm＝qE2tm∝t，A正确。解析14．(2017·江苏高考)如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点。由O点静止释放的电子恰好能运动到P点。现将C板向右平移到P′点，则由O点静止释放的电子()A．运动到P点返回B．运动到P和P′点之间返回C．运动到P′点返回D．穿过P′点答案解析设AB、BC间的电场强度分别为E1、E2，间距分别为d1和d2，电子由O点运动到P点的过程中，据动能定理得：eE1d1－eE2d2＝0①当C板向右平移后，BC板间的电场强度E2′＝U′d2′＝QC′d2′＝QεS4πkd2′·d2′＝4πkQεS，BC板间的电场强度与板间距无关，大小不变。第二次释放后，设电子在BC间移动的距离为x，则eE1d1－eE2x＝0－0②比较①②两式知，x＝d2，即电子运动到P点时返回，选项A正确。解析题组三模拟小题15．(2019·江苏无锡一模)超级电容的容量比通常的电容器大得多，其主要优点是高功率脉冲应用和瞬时功率保持，具有广泛的应用前景。如图所示，某超级电容标有“2.7V100F”，将该电容接在1.5V干电池的两端，则电路稳定后该电容器的负极板上所带电荷量为()A．－150CB．－75CC．－270CD．－135C解析根据C＝QU可知，电容器带电荷量为Q＝CU＝100×1.5C＝150C，则电路稳定后该电容器的负极板上所带电荷量为－150C，故选A。答案解析16.(2019·广东汕头一模)(多选)传感器在生活中有很多应用，电容式加速度传感器在安全气囊、手机