2020版高考物理总复习 7 第3讲 电容器带电粒子在电场中的运动课件 新人教版

必考部分第七章静电场第3讲电容器带电粒子在电场中的运动基础·全面落实考点·深度研析素能·专项突破真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、电容器及电容1．电容器(1)组成：两个彼此且又的导体组成电容器，电容器可以容纳。(2)所带电荷量：一个极板所带电荷量的，两极板所带电荷量。(3)充、放电①充电：把电容器接在电源上后，电容器两个极板分别带上等量异号电荷的过程，充电后两极间存在，电容器储存了。②放电：用导线将充电后电容器的两极板接通，极板上电荷的过程，放电后的两极板间不再有，同时电场能转化为其他形式的能。绝缘相互靠近电荷绝对值相等电场电能中和电场2．电容(1)定义：电容器所带的与两极板间的比值。(2)公式：C＝QU＝。(3)物理意义：电容是描述电容器容纳电荷的物理量，在数值上等于把电容器两极板的电势差增加1V所需增加的电荷量，电容C由电容器本身的构造因素决定，与U、Q无关。(4)单位：，符号，与其他单位间的换算关系：1F＝μF＝pF。电荷量电势差ΔQΔU本领大小法拉F10610123．平行板电容器的电容平行板电容器的电容与平行板正对面积S、电介质的介电常数εr成正比，与极板间距离d成反比，即C＝εrS4πkd。二、带电粒子在电场中的加速和偏转1．带电粒子在电场中的加速(1)运动状态的分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一条直线上，做。(2)用功能观点分析：电场力对带电粒子做的功等于，即＝12mv2－12mv20。匀变速直线运动qU带电粒子动能的增量2．带电粒子的偏转(1)运动状态：带电粒子受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做类平抛运动。(2)处理方法：类似于平抛运动的处理方法①沿初速度方向为匀速运动，运动时间t＝lv0。②沿电场力方向为运动，a＝Fm＝qEm＝qUmd。③离开电场时的偏移量y＝12at2＝ql2U2mv20d。④离开电场时的偏转角tanθ＝v⊥v0＝。匀加速qlUmv20d三、示波管1．构造①，②偏转电极，③荧光屏。(如图)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(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．电容器的带电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。()2．电容器的电容与电容器所带电荷量成正比。()3．带电粒子在匀强电场中可能做匀变速直线运动，也可能做匀变速曲线运动。()4．只在电场力作用下，带电粒子可能做匀速圆周运动。()5．带电粒子在电场中运动时重力一定可以忽略不计。()×√√××1．(电容器和电容)一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()A．C和U均增大B．C增大，U减小C．C减小，U增大D．C和U均减小解析根据平行板电容器电容公式C＝εrS4πkd，在两板间插入电介质后，电容C增大，因电容器所带电荷量Q不变，由C＝QU可知，U＝QC减小，B项正确。答案B2．(带电粒子在电场中的加速)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入电场，最远到达A点，然后返回，如图所示，OA间距为h，则此电子的初动能为()A.edhUB.dUehC.eUdhD.eUhd解析电子从O点到达A点的过程中，仅在电场力作用下速度逐渐减小，根据动能定理可得－eUOA＝0－Ek，因为UOA＝Udh，所以Ek＝eUhd，D项正确。答案D3．(带电粒子在电场中的偏转)(多选)如图所示，六面体真空盒置于水平面上，它的ABCD面与EFGH面为金属板，其他面为绝缘材料。ABCD面带正电，EFGH面带负电。从小孔P沿水平方向以相同速率射入三个质量相同的带正电液滴A、B、C，最后分别落在1、2、3三点，则下列说法正确的是()A．三个液滴在真空盒中都做平抛运动B．三个液滴的运动时间一定相同C．三个液滴落到底板时的速率相同D．液滴C所带电荷量最多解析三个液滴在水平方向受到电场力作用，水平方向不是匀速直线运动，所以三个液滴在真空盒中不是做平抛运动，A项错误；由于三个液滴在竖直方向做自由落体运动，三个液滴的运动时间相同，B项正确；三个液滴落到底板时竖直分速度相等，而水平分速度不相等，所以三个液滴落到底板时的速率不相同，C项错误；由于液滴C在水平方向位移最大，说明液滴C在水平方向加速度最大，所带电荷量最多，D项正确。答案BD考点·深度研析核心考点分层突破考点1电容器的动态分析考|点|速|通1．电容器的两种情况(1)电容器始终与电源相连时，电容器两极板电势差U保持不变。(2)电容器充电后与电源断开时，电容器所带电荷量Q保持不变。2．平行板电容器动态问题的分析思路典|例|微|探【例1】如图所示电路中，A、B是构成平行板电容器的两金属极板，P为其中的一个定点。将开关S闭合，电路稳定后将A板向上平移一小段距离，则下列说法正确的是()A．电容器的电容增加B．在A板上移过程中，电阻R中有向上的电流C．A、B两板间的电场强度增大D．P点电势升高解析由平行板电容器电容的决定式C＝εrS4πkd知A项错误；由C＝QU得，电容器两端电压不变，C减小，Q减小，电容器放电，形成顺时针方向的放电电流，B项正确；由E＝Ud得，电场强度E减小，C项错误；由φ＝UP0＝Ed′，E减小，P点的电势降低，D项错误。答案B分析平行板电容器动态变化问题的三个关键点1．确定不变量：首先要明确动态变化过程中的哪些量不变，一般情况下是保持电荷量不变或板间电压不变。2．恰当选择公式：要灵活选取电容的两个公式分析电容的变化，还要应用E＝Ud分析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，分析运动情况的变化。题|组|冲|关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不变解析平行板电容器带有等量异种电荷，当极板正对面积不变时，两极板之间的电场强度E不变。保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至题图中虚线位置，由U＝Ed可知，两极板之间的电势差减小，静电计指针的偏角θ减小，由于下极板接地(电势为零)，两极板之间的电场强度不变，所以P点电势不变，点电荷在P点的电势能Ep不变。综上所述，D项正确。答案D2．某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，当可移动介质P向左匀速移出的过程中()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解析当可移动介质P向左匀速移出的过程中，电容器电容变小，A项错误；电容器的电压等于电源电动势，保持不变，电荷量Q＝CU减小，B项错误；电容器放电，电流方向为M→R→N，M点的电势比N点的电势高，C项错误，D项正确。答案D考点2带电体在电场中的直线运动考|点|速|通1．带电粒子在电场中运动时是否考虑重力的处理方法(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，一般都要考虑重力。2．解决带电粒子在电场中的直线运动问题的两种思路(1)运动状态的分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一条直线上，做加(减)速直线运动。(2)用功与能的观点分析：电场力对带电粒子做的功等于带电粒子的动能的变化量，即qU＝12mv2－12mv20。典|例|微|探【例2】如图所示，在某一真空中，只有水平向右的匀强电场和竖直向下的重力场，在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒，微粒恰能沿图示虚线由A向B做直线运动。则()A．微粒带正、负电荷都有可能B．微粒做匀减速直线运动C．微粒做匀速直线运动D．微粒做匀加速直线运动解析微粒做直线运动的条件是速度方向和合力的方向在同一条直线上，只有微粒受到水平向左的电场力才能使得合力方向与速度方向相反且在同一条直线上，由此可知微粒所受的电场力的方向与场强方向相反，则微粒必带负电，且运动过程中微粒做匀减速直线运动，B项正确。答案B题|组|冲|关1.平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一个直流电源相连，若一个带电油滴恰能沿如图所示的水平直虚线通过该电容器，在此过程中下列说法正确的是()A．油滴所受的重力完全可以忽略不计B．油滴运动的加速度大小不变、方向水平向左C．油滴一直水平向右做匀速直线运动D．油滴在电场中的电势能逐渐减小解析带电粒子在场中受到电场力与重力，根据粒子的运动轨迹，结合运动的分析，可知电场力垂直极板向上，从而可确定粒子的运动的性质，及根据电场力做功来确定电势能如何变化。如果重力可以忽略，则粒子只受电场力，并且电场力方向和初速度方向不共线，不能做直线运动，A项错误；因为重力竖直向下，若电场力是垂直极板向下的，则合力与初速度方向不共线，所以受到的电场力方向只能为垂直极板向上，重力与电场力的合力水平向左，二力恒定，所以合力不变，根据牛顿第二定律可得油滴做加速度向左的匀减速直线运动，B项正确，C项错误；电场力方向和位移方向夹角为钝角，所以电场力做负功，电势能增大，D项错误。答案B2．一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2d5处返回解析带电粒子运动过程中只有重力和电场力做功，设电容器两极板间电压为U，粒子下落的全程由动能定理有mg32d－qU＝0，当下极板向上平移后，设粒子能下落到距离上极板x处，由动能定理有mgd2＋x－x23dqU＝0，解得x＝25d，D项正确。答案D考点3带电粒子在电场中的偏转考|点|速|通1．运动规律(1)沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间为t①能飞出电容器：t＝lv0。②不能飞出电容器：y＝12at2＝qU2mdt2，t＝2mdyqU。(2)沿电场力方向，做匀加速直线运动加速度：a＝Fm＝qEm＝qUmd。离开电场时的偏移量：y＝12at2＝qUl22mdv20。离开电场时的偏转角：tanθ＝vyv0＝qUlmdv20。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，偏移量和偏转角总是相同的。证明：由qU0＝12mv20，y＝12at2＝12·qU1md·lv02，tanθ＝qU1lmdv20，得y＝U1l24U0d，tanθ＝U1l2U0d。(2)粒子经电场偏转后，合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到偏转电场边缘的距离为l2。3．功能关系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＝12mv2－12mv20，其中Uy＝Udy，指初、末位置间的电势差。典|例|微|探【例3】如图所示，平行金属板A、B之间有加速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏。今有质子(11H)、氘核(21H)和氚核(31H)均从A板由静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上(不计粒子重力)。则下列判断中正