（天津专用）2020届高考物理一轮复习 基础课20 电容器 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版

基础课20电容器带电粒子在电场中的运动-2-知识点一知识点二知识点三电容器电容平行板电容器1.常见电容器(1)组成:由两个彼此又相互的导体组成。(2)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。绝缘靠近绝对值异种电荷电场能电场能-3-知识点一知识点二知识点三2.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=。(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极板的成正比,与电介质的成正比,与极板间距离成反比。(2)决定式:C=,k为静电力常量。电荷量Q𝑄𝑈容纳电荷106正对面积相对介电常数𝜀r𝑆4π𝑘𝑑-4-知识点一知识点二知识点三带电粒子在匀强电场中的运动1.带电粒子在电场中的加速(1)动力学观点分析:若电场为匀强电场,则有a=,E=,v2-v02=2ad。(2)功能观点分析:粒子只受电场力作用,满足。2.带电粒子在匀强电场中的偏转(1)条件:以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,仅受电场力。(2)运动性质:运动。(3)处理方法:运动的分解。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。𝑞𝐸𝑚𝑈𝑑qU=12mv2-12𝑚𝑣02类平抛匀速直线匀加速直线-5-知识点一知识点二知识点三示波器的工作原理1.构造:①,②偏转极板,③荧光屏。(如图所示)2.工作原理(1)YY'上加的是待显示的信号电压,XX'上是机器自身产生的锯齿形电压,叫扫描电压。(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,在那里产生一个亮斑。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。电子枪-6-考点一考点二考点三平行板电容器的动态分析(自主悟透)1.两个公式的比较比较项C=QU或C=𝛥Q𝛥UC=ε𝑟S4𝜋kd公式特点定义式,适用于一切电容器决定式,适用于平行板电容器意义对某电容器Q∝U,但QU=C不变,反映电容器容纳电荷的本领C∝εr,C∝S,C∝1d,反映了影响电容器电容大小的因素2.平行板电容器动态变化的两种情况(1)电容器始终与电源相连时,两极板间的电势差U保持不变。(2)充电后与电源断开时,电容器所带的电荷量Q保持不变。-7-考点一考点二考点三3.平行板电容器动态问题的分析思路特别提醒电容器充电后断开电源,在电容器所带电荷量保持不变的情况下,电场强度与极板间的距离无关。-8-考点一考点二考点三思维训练1.如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板间有一固定在P点的点电荷。以E表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P点的电势能,θ表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则()A.θ增大,E增大B.θ增大,Ep不变C.θ减小,Ep增大D.θ减小,E不变答案解析解析关闭由题意可知,电容器所带电荷量Q保持不变;由电容C=𝜀r𝑆4π𝑘𝑑知,当电容器间距d减小时,电容C增大,因极板所带电荷量Q不变,由U=𝑄𝐶知,极板间电压U减小,故静电计夹角θ变小;两极板间电场强度E=𝑈𝑑=𝑄𝐶𝑑=4π𝑘𝑄𝜀r𝑆,与d无关,故选项D正确。答案解析关闭D-9-考点一考点二考点三2.(多选)一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P点,如图所示,以E表示两极板间的电场强度,U表示电容器的电压,W表示正电荷在P点的电势能。若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示的位置,则()A.U变小,E不变B.E变大,W变大C.U变小,W不变D.U不变,W不变答案解析解析关闭当平行板电容器充电后与电源断开时,带电荷量Q不变,两极板间电场强度E=𝑈𝑑=𝑄𝐶𝑑=4π𝑘𝑄𝜀r𝑆,所以E保持不变,由于板间距d减小,据U=Ed可知,电容器的电压U变小,A正确,B、D错误。由于电场强度E保持不变,因此,P点与接地的负极板即与地的电势差保持不变,即点P的电势保持不变,因此电荷在P点的电势能W保持不变,故C正确。答案解析关闭AC-10-考点一考点二考点三规律方法分析平行板电容器动态变化的三点关键(1)确定不变量:先明确动态变化过程中的哪些量不变,是电荷量保持不变还是极板间电压不变。(2)恰当选择公式:灵活选取电容的决定式和定义式,分析电容的变化,同时用公式分析极板间电场强度的变化情况。(3)若两极板间有带电微粒,则通过分析电场力的变化,分析其运动情况的变化。E=Ud-11-考点一考点二考点三带电粒子在匀强电场中的直线运动(师生共研)1.做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F合=0,粒子静止或做匀速直线运动。(2)粒子所受合外力F合≠0,且与初速度方向在同一条直线上,带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。2.用动力学观点分析a=F合m,E=Ud,v2-v02=2ad。3.用功能观点分析匀强电场中:W=Eqd=qU=12mv2-12mv02。非匀强电场中:W=qU=Ek2-Ek1。-12-考点一考点二考点三例题(2018·山东潍坊月考)如图所示,金属板A、B水平放置,两板中央有小孔S1、S2,A、B与直流电源连接。闭合开关,从S1孔正上方O处由静止释放一带电小球,小球刚好能到达S2孔,不计空气阻力,要使此小球从O点由静止释放后穿过S2孔,应()A.仅上移A板适当距离B.仅下移A板适当距离C.断开开关,再上移A板适当距离D.断开开关,再下移A板适当距离答案解析解析关闭设板间距离为d,O距S1为h,电源电压为U,由题意知从O释放一带电小球到达S2孔速度为零,则电场力对小球做负功,由动能定理得mg(h+d)-qU=0,若仅上移A板适当距离,两板间电压不变,仍满足mg(h+d)-qU=0,小球仍刚好能到达S2,则A选项错误;若仅下移A板适当距离,到达S2处速度为零,故B选项错误;断开开关,Q不变,因E=4π𝑘𝑄𝜀r𝑆,则电场强度E不变,由动能定理得mg(h+d)-Eq·d=0,将A板向上移适当距离,假设仍能到达S2处,则重力做功不变,电场力做功增多,故假设不成立,即到达不了S2处速度已为零,故C选项错误;若下移A板适当距离x,假设仍能到达S2处,则重力做功不变,电场力做功变少,所以总功为正功,到达S2处小球速度不为零,能够穿过S2孔,故D选项正确。答案解析关闭D-13-考点一考点二考点三规律方法带电粒子重力是否计入的判断(1)微观粒子(如电子、质子、离子等)和无特别说明的带电粒子,一般都不计重力(并不是忽略质量);(2)带电微粒(如油滴、液滴、尘埃、小球等)除有特别说明或暗示外,一般要考虑重力;(3)原则上,所有未明确交代的带电体,都应根据题设运动状态和过程,反推是否计重力(即隐含条件)。-14-考点一考点二考点三思维训练(2018·天津二模)(多选)如图所示,平行金属板A、B在真空中水平正对放置,两极板的间距为d,分别带等量异号电荷。质量为m、电荷量为q的带负电的油滴以速度v0从A极板的左边缘射入电场,沿直线从B极板的右边缘射出,重力加速度为g。则()A.油滴做匀速直线运动B.油滴的电势能减少了mgdC.两极板的电势差D.A板的电势低于B板的电势UAB=mgdq答案解析解析关闭油滴在电场中受到重力和电场力,而做直线运动,电场力与重力必定平衡做匀速直线运动,油滴的加速度为零,故A正确;重力做功mgd,微粒的重力势能减小,动能不变,根据能量守恒定律得知,油滴的电势能增加了mgd,机械能减小了mgd,故B错误;由以上可知油滴的电势能增加量ΔE=mgd,又ΔE=qUAB,得到两极板的电势差U=𝑚𝑔𝑑𝑞,故C正确;由题可判断出电场力方向竖直向上,油滴带负电,电场强度方向竖直向下,A板的电势高于B板的电势,故D错误。答案解析关闭AC-15-考点一考点二考点三带电粒子在电场中的偏转问题1.带电粒子由静止加速后垂直进入匀强电场中的运动偏转角:tanθ=vyv0=U2l2U1d=2y1l;偏移距离:y1=U2l24dU1y2=l0tanθ;y=y1+y2=U2l24dU1+l0tanθ=12l+l0tanθ-16-考点一考点二考点三2.两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时的偏转角度总是相同的。(2)粒子经电场偏转后,末速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点,即O到电场边缘的距离为。3.带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系l2当讨论带电粒子的末速度v时也可以从能量的角度进行求解:qUy=12mv2-12mv02,其中Uy=Udy,指初、末位置间的电势差。-17-考点一考点二考点三例题如图所示,水平放置的平行板电容器与某一电源相连,它的极板长l=0.4m,两板间距离d=4×10-3m,有一束由相同带电微粒组成的粒子流,以相同的速度v0从两板中央平行极板射入,开关S闭合前,两板不带电,由于重力作用微粒能落到下极板的正中央,已知微粒质量为m=4×10-5kg,电荷量q=+1×10-8C,g取10m/s2。求:(1)微粒入射速度v0为多少?(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场,电容器的上极板应与电源的正极还是负极相连?所加的电压U应取什么范围?-18-考点一考点二考点三解析(1)开关S闭合前,由𝑙2=v0t,𝑑2=12gt2可解得v0=𝑙2𝑔𝑑=10m/s。(2)电容器的上极板应接电源的负极。当所加的电压为U1时,微粒恰好从下板的右边缘射出,即𝑑2=12a1𝑙𝑣02,又a1=𝑚𝑔-𝑞𝑈1𝑑𝑚,解得U1=120V当所加的电压为U2时,微粒恰好从上极板的右边缘射出,即𝑑2=12a2𝑙𝑣02,又a2=𝑞𝑈2𝑑-𝑚𝑔𝑚,解得U2=200V所以120V≤U≤200V。答案(1)10m/s(2)与负极相连,120V≤U≤200V-19-考点一考点二考点三思维训练(2018·四川蓉城名校联考)(多选)有一种电荷控制式喷墨打印机的打印头的结构简图如图所示,其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒,此微粒经过带电室后以一定的初速度垂直射入偏转电场,再经偏转电场后打到纸上,显示出字符。已知偏移量越大打在纸上的字迹越大,现要增大字迹,下列措施可行的是()A.增大墨汁微粒的比荷B.减小墨汁微粒进入偏转电场时的初动能C.减小偏转极板的长度D.减小偏转极板间的电压答案解析解析关闭微粒以一定的初速度垂直射入偏转电场做类平抛运动,则有水平方向:l=v0t;竖直方向:y=12at2又a=𝑞𝑈𝑚𝑑联立得:y=𝑞𝑈𝑙22𝑚𝑣02𝑑=𝑞𝑈𝑙24𝑑𝐸k0要增大字迹,就要增大微粒通过偏转电场的偏转量y,由上式分析可知,采用的方法有增大比荷𝑞𝑚、减小墨汁微粒进入偏转电场时的初动能Ek0、增大极板的长度l、增大偏转极板间的电压U,故A、B正确,C、D错误。答案解析关闭AB