2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí)-第七章-靜電場(chǎng)-第3講-電容器-帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

第七章靜電場(chǎng)第3講電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)過(guò)好雙基關(guān)一、電容器及電容1.電容器(1)組成：由兩個(gè)彼此

又相互靠近的導(dǎo)體組成.(2)帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量的

.(3)電容器的充、放電：①充電：使電容器帶電的過(guò)程，充電后電容器兩極板帶上等量的_________，電容器中儲(chǔ)存電場(chǎng)能.②放電：使充電后的電容器失去電荷的過(guò)程，放電過(guò)程中

轉(zhuǎn)化為其他形式的能.絕對(duì)值異種電荷電能絕緣2.電容(1)定義：電容器所帶的

與兩個(gè)極板間的

的比值.(2)定義式：________.(3)單位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF).1F＝

μF＝

pF.(4)意義：表示電容器

本領(lǐng)的高低.(5)決定因素：由電容器本身物理?xiàng)l件(大小、形狀、相對(duì)位置及電介質(zhì))決定，與電容器是否

及

無(wú)關(guān).電荷量電勢(shì)差1061012容納電荷帶電電壓3.平行板電容器的電容(1)決定因素：正對(duì)面積，相對(duì)介電常數(shù)，兩板間的距離.(2)決定式：_________.答案自測(cè)1關(guān)于電容器及其電容，下列說(shuō)法中正確的是A.平行板電容器一板帶電＋Q，另一板帶電－Q，則此電容器不帶電B.由公式C＝

可知，電容器的電容隨電荷量Q的增加而增大C.對(duì)一個(gè)電容器來(lái)說(shuō)，電容器的電荷量與兩板間的電勢(shì)差成正比D.如果一個(gè)電容器兩板間沒(méi)有電壓，就不帶電荷，也就沒(méi)有電容√二、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.加速(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，W＝

＝qU＝

mv2－

mv02.(2)在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中，W＝

＝

mv2－

mv02.2.偏轉(zhuǎn)(1)運(yùn)動(dòng)情況：如果帶電粒子以初速度v0垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，則帶電粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，如圖1所示.圖1qEdqU(2)處理方法：將粒子的運(yùn)動(dòng)分解為沿初速度方向的

運(yùn)動(dòng)和沿電場(chǎng)力方向的

運(yùn)動(dòng).根據(jù)

的知識(shí)解決有關(guān)問(wèn)題.勻速直線勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合成與分解三、示波管1.示波管的構(gòu)造①電子槍，②

，③熒光屏(如圖2所示)圖2偏轉(zhuǎn)電極2.示波管的工作原理(1)YY′上加的是待顯示的

，XX′上是儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓，叫做

.(2)觀察到的現(xiàn)象①如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′之間都沒(méi)有加電壓，則電子槍射出的電子沿直線運(yùn)動(dòng)，打在熒光屏

，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑.②若所加掃描電壓和

的周期相等，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)變化的穩(wěn)定圖象.信號(hào)電壓掃描電壓中心信號(hào)電壓自測(cè)2教材P39第3題

先后讓一束電子和一束氫核通過(guò)同一對(duì)平行板形成的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng).進(jìn)入時(shí)速度方向與板面平行，在下列兩種情況下，分別求出離開時(shí)電子偏角的正切與氫核偏角的正切之比.(1)電子與氫核的初速度相同.答案解析答案見(jiàn)解析(2)電子與氫核的初動(dòng)能相同.答案解析答案見(jiàn)解析研透命題點(diǎn)1.兩類典型問(wèn)題(1)電容器始終與恒壓電源相連，電容器兩極板間的電勢(shì)差U保持不變.(2)電容器充電后與電源斷開，電容器兩極板所帶的電荷量Q保持不變.2.動(dòng)態(tài)分析思路(1)U不變命題點(diǎn)一平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透③根據(jù)UAB＝E·d分析某點(diǎn)電勢(shì)變化.(2)Q不變例1

(2016·全國(guó)卷Ⅰ·14)一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì)，接在恒壓直流電源上.若將云母介質(zhì)移出，則電容器A.極板上的電荷量變大，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大B.極板上的電荷量變小，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大C.極板上的電荷量變大，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變D.極板上的電荷量變小，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變√答案解析變式1

(2016·天津理綜·4)如圖3所示，平行板電容器帶有等量異種電荷，與靜電計(jì)相連，靜電計(jì)金屬外殼和電容器下極板都接地，在兩極板間有一固定在P點(diǎn)的點(diǎn)電荷，以E表示兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度，Ep表示點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能，θ表示靜電計(jì)指針的偏角.若保持下極板不動(dòng)，將上極板向下移動(dòng)一小段距離至圖中虛線位置，則A.θ增大，E增大 B.θ增大，Ep不變C.θ減小，Ep增大 D.θ減小，E不變√答案解析圖3變式2

(多選)如圖4所示，A、B為兩塊平行帶電金屬板，A帶負(fù)電，B帶正電且與大地相接，兩板間P點(diǎn)處固定一負(fù)電荷，設(shè)此時(shí)兩極板間的電勢(shì)差為U，P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小為E，電勢(shì)為φP，負(fù)電荷的電勢(shì)能為Ep，現(xiàn)將A、B兩板水平錯(cuò)開一段距離(兩板間距不變)，下列說(shuō)法正確的是A.U變大，E變大 B.U變小，φP變小C.φP變小，Ep變大 D.φP變大，Ep變小√答案解析圖4√設(shè)P與B板之間的距離為d′，P點(diǎn)的電勢(shì)為φP，B板接地，φB＝0，則由題可知0－φP＝Ed′是增大的，則φP一定減小，由于負(fù)電荷在電勢(shì)低的地方電勢(shì)能一定較大，所以可知電勢(shì)能Ep是增大的，故C正確.1.做直線運(yùn)動(dòng)的條件(1)粒子所受合外力F合＝0，粒子或靜止，或做勻速直線運(yùn)動(dòng).(2)粒子所受合外力F合≠0，且與初速度方向在同一條直線上，帶電粒子將做勻加速直線運(yùn)動(dòng)或勻減速直線運(yùn)動(dòng).2.用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)分析命題點(diǎn)二帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)能力考點(diǎn)師生共研3.用功能觀點(diǎn)分析

非勻強(qiáng)電場(chǎng)中：W＝qU＝Ek2－Ek1例2如圖5所示，三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分別位于O、M、P點(diǎn).由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn).現(xiàn)將C板向右平移到P′點(diǎn)，則由O點(diǎn)靜止釋放的電子A.運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回B.運(yùn)動(dòng)到P和P′點(diǎn)之間返回C.運(yùn)動(dòng)到P′點(diǎn)返回D.穿過(guò)P′點(diǎn)解析解析答案√圖5變式3勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E隨時(shí)間t變化的圖象如圖6所示.當(dāng)t＝0時(shí)，在此勻強(qiáng)電場(chǎng)中由靜止釋放一個(gè)帶電粒子(帶正電)，設(shè)帶電粒子只受電場(chǎng)力的作用，則下列說(shuō)法中正確的是A.帶電粒子將始終向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)B.2s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn)C.3s末帶電粒子的速度不為零D.0～3s內(nèi)，電場(chǎng)力做的總功為零答案√圖6解析解析由牛頓第二定律可知帶電粒子在第1s內(nèi)的加速度和第2s內(nèi)的加速度的關(guān)系，因此粒子將先加速1s再減速0.5s，速度為零，接下來(lái)的0.5s將反向加速……，v－t圖象如圖所示，根據(jù)圖象可知選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由圖象可知2s內(nèi)的位移為負(fù)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由圖象可知3s末帶電粒子的速度為零，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理結(jié)合圖象可知0～3s內(nèi)，電場(chǎng)力做的總功為零，故選項(xiàng)D正確.解析變式4如圖7所示，充電后的平行板電容器水平放置，電容為C，極板間距離為d，上極板正中有一小孔.質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球從小孔正上方高h(yuǎn)處由靜止開始下落，穿過(guò)小孔到達(dá)下極板處速度恰為零(空氣阻力忽略不計(jì)，極板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，重力加速度為g).求：(1)小球到達(dá)小孔處的速度大??；答案圖7(2)極板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小和電容器所帶電荷量；解析在極板間帶電小球受重力和電場(chǎng)力作用，加速度大小為a，有qE－mg＝ma解析答案解析(3)小球從開始下落到運(yùn)動(dòng)到下極板處的時(shí)間.答案1.運(yùn)動(dòng)規(guī)律

(1)沿初速度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間命題點(diǎn)三帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)能力考點(diǎn)師生共研(2)沿電場(chǎng)力方向，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)2.兩個(gè)結(jié)論(1)不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)加速后再?gòu)耐黄D(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)，偏移量和偏轉(zhuǎn)角總是相同的.(2)粒子經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，合速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線的交點(diǎn)O為粒子水平位移的中點(diǎn)，即O到偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)邊緣的距離為3.功能關(guān)系例3

(2016·北京理綜·23改編)如圖8所示，電子由靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，并從另一側(cè)射出.已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，加速電場(chǎng)電壓為U0，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)可看做勻強(qiáng)電場(chǎng)，極板間電壓為U，極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)，板間距為d.(1)忽略電子所受重力，求電子射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的初速度v0和從電場(chǎng)射出時(shí)沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離Δy；答案解析圖8(2)分析物理量的數(shù)量級(jí)，是解決物理問(wèn)題的常用方法.在解決(1)問(wèn)時(shí)忽略了電子所受重力，請(qǐng)利用下列數(shù)據(jù)分析說(shuō)明其原因.已知U＝2.0×102V，d＝4.0×10－2m，m＝9.1×10－31kg，e＝1.6×10－19C，g＝10m/s2.答案解析答案見(jiàn)解析解析

只考慮電子所受重力和電場(chǎng)力的數(shù)量級(jí)，有重力G＝mg≈10－29N電場(chǎng)力F＝

≈10－15N由于F?G，因此不需要考慮電子所受的重力.課時(shí)作業(yè)1.如圖1所示，一帶電小球懸掛在豎直放置的平行板電容器內(nèi)，當(dāng)開關(guān)S閉合，小球靜止時(shí)，懸線與豎直方向的夾角為θ，則答案1234567891011雙基鞏固練12圖1A.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，若減小平行板間的距離，則夾角θ增大B.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，若增大平行板間的距離，則夾角θ增大C.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，若減小平行板間的距離，則夾角θ增大D.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，若減小平行板間的距離，則夾角θ減小√解析1234567891011122.(多選)將平行板電容器兩極板之間的距離、電壓、電場(chǎng)強(qiáng)度大小和極板所帶的電荷量分別用d、U、E和Q表示.下列說(shuō)法正確的是A.保持U不變，將d變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，則E變?yōu)樵瓉?lái)的一半B.保持E不變，將d變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則U變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍C.保持d不變，將Q變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，則U變?yōu)樵瓉?lái)的一半D.保持d不變，將Q變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則E變?yōu)樵瓉?lái)的一半1234567891011答案√12√解析123456789101112若保持E不變，將d變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則U變?yōu)樵瓉?lái)的一半，B項(xiàng)錯(cuò)誤；保持d不變，若Q變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則E變?yōu)樵瓉?lái)的一半，D項(xiàng)正確.3.兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，一電子質(zhì)量為m、電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖2所示，OA＝h，此電子具有的初動(dòng)能是1234567891011答案解析圖212√4.(2015·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ·14)如圖3所示，兩平行的帶電金屬板水平放置.若在兩板中間a點(diǎn)從靜止釋放一帶電微粒，微粒恰好保持靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)將兩板繞過(guò)a點(diǎn)的軸(垂直于紙面)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，再由a點(diǎn)從靜止釋放一同樣的微粒，該微粒將A.保持靜止?fàn)顟B(tài)B.向左上方做勻加速運(yùn)動(dòng)C.向正下方做勻加速運(yùn)動(dòng)D.向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng)1234567891011答案解析圖3√12解析兩平行金屬板水平放置時(shí)，帶電微粒靜止，有mg＝qE，現(xiàn)將兩板繞過(guò)a點(diǎn)的軸(垂直于紙面)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°后，兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，電場(chǎng)力方向也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，但大小不變，此時(shí)電場(chǎng)力和重力的合力大小恒定，方向指向左下方，故該微粒將向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確.123456789101112A.若電容器極板間的電壓不變，x變大，電容器

極板上帶電荷量增加B.若電容器極板上帶電荷量不變，x變小，電容器極板間電壓變大C.若電容器極板間的電壓不變，x變大，有電流流向電容器的正極板D.若電容器極板間的電壓不變，x變大，有電流流向電容器的負(fù)極板1234567891011答案√圖412解析5.如圖4所示，電容器極板間有一可移動(dòng)的電介質(zhì)板，介質(zhì)與被測(cè)物體相連，電容器接入電路后，通過(guò)極板上物理量的變化可確定被測(cè)物體的位置，則下列說(shuō)法中正確的是123456789101112解析若x變大，則由C＝

可知電容器電容減小，在極板間的電壓不變的情況下，由Q＝CU知電容器帶電荷量減少，此時(shí)帶正電荷的極板得到電子，帶負(fù)電荷的極板失去電子，所以有電流流向負(fù)極板，A、C錯(cuò)誤，D正確.若電容器極板上帶電荷量不變，x變小，則電容器電容增大，由U＝

可知，電容器極板間電壓減小，B錯(cuò)誤.6.如圖5所示，平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連接，下極板接地.一帶電油滴位于電容器中的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀態(tài).現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動(dòng)一小段距離A.帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng)B.P點(diǎn)的電勢(shì)將降低C.帶電油滴的電勢(shì)能將減少D.電容器的電容減小，極板帶電荷量將增大1234567891011答案√圖512解析解析電容器和電源相連，則電容器兩端的電壓不變，兩極板間距離增大，可知兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E電減小，故油滴將向下運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；下極板接地，所以電勢(shì)為零，設(shè)P點(diǎn)距離下極板的距離為L(zhǎng)，則φP＝E電L，L不變，E電減小，所以P點(diǎn)的電勢(shì)將降低，B正確；油滴向下運(yùn)動(dòng)，帶負(fù)電，故電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，C錯(cuò)誤；1234567891011127.(2017·安徽蚌埠四校聯(lián)考)如圖6所示，兩極板與電源相連接，電子從負(fù)極板邊緣沿垂直電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，電子恰好從正極板邊緣飛出，現(xiàn)保持負(fù)極板不動(dòng)，正極板在豎直方向移動(dòng)，并使電子入射速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，而電子仍從原位置射入，且仍從正極板邊緣飛出，則兩極板間距離變?yōu)樵瓉?lái)的1234567891011答案解析√圖6121234567891011128.如圖7所示，帶正電的粒子以一定的初速度v0沿兩板的中線進(jìn)入水平放置的平行金屬板內(nèi)，恰好沿下板的邊緣飛出，已知板長(zhǎng)為L(zhǎng)，板間的距離為d，板間電壓為U，帶電粒子的電荷量為＋q，粒子通過(guò)平行金屬板的時(shí)間為t(不計(jì)粒子的重力)，則綜合提升練圖7√123456789101112答案解析解析帶正電的粒子以一定的初速度v0沿兩板的中線進(jìn)入水平放置的平行金屬板內(nèi)，恰好沿下板的邊緣飛出，帶電粒子所做的運(yùn)動(dòng)是類平拋運(yùn)動(dòng).豎直方向上的分運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可知，前后兩段相等時(shí)間內(nèi)豎直方向上的位移之比為1∶3，電場(chǎng)力做功之比也為1∶3.又因?yàn)殡妶?chǎng)力做的總功為

所以在前

時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)力對(duì)粒子做的功為A選項(xiàng)錯(cuò)；1234567891011129.(2014·山東理綜·18)如圖8所示，場(chǎng)強(qiáng)大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一矩形區(qū)域abcd，水平邊ab長(zhǎng)為s，豎直邊ad長(zhǎng)為h.質(zhì)量均為m、帶電量分別為＋q和－q的兩粒子，由a、c兩點(diǎn)先后沿ab和cd方向以速率v0進(jìn)入矩形區(qū)域(兩粒子不同時(shí)出現(xiàn)在電場(chǎng)中).不計(jì)重力，若兩粒子軌跡恰好相切，則v0等于1234567891011答案解析√12圖812345678910111212345678910111210.如圖9所示，一帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的小物塊處于一傾角為37°的光滑斜面上，當(dāng)整個(gè)裝置被置于一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中時(shí)，小物塊恰好靜止.重力加速度取g，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)水平向右電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度；答案解析圖9解析小物塊靜止在斜面上，受重力、電場(chǎng)力和斜面支持力，受力分析如圖所示，則有FNsin37°＝qEFNcos37°＝mg123456789101112(2)若將電場(chǎng)強(qiáng)度減小為原來(lái)的

物塊的加速度是多大？答案解析答案0.3g

由牛頓第二定律得mgsin37°－qE′cos37°＝ma解得a＝0.3g123456789101112(3)電場(chǎng)強(qiáng)度變化后物塊下滑距離L時(shí)的動(dòng)能.解析答案答案0.3mgL解析電場(chǎng)強(qiáng)度變化后物塊下滑距離L時(shí)，重力做正功，電場(chǎng)力做負(fù)功，支持力不做功，由動(dòng)能定理得mgLsin37°－qE′Lcos37°＝Ek－0解得Ek＝0.3mgL.11.反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團(tuán)在電場(chǎng)中的振蕩來(lái)產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過(guò)程類似.如圖10所示，在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，一帶電微粒從A點(diǎn)由靜止開始，在電場(chǎng)力作用下沿直線在A、B兩點(diǎn)間往返運(yùn)動(dòng).已知電場(chǎng)強(qiáng)度的大小分別是E1＝2.0×103N/C和E2＝4.0×103N/C，方向如圖所示.帶電微粒質(zhì)量m＝1.0×10－20kg、帶電荷量q＝－1.0×10－9C，A點(diǎn)距虛線MN的距離d1＝1.0cm，不計(jì)帶電微粒的重力，忽略相對(duì)論效應(yīng).求：

(1)B點(diǎn)到虛線MN的距離d2；1234567891011答案解析圖10答案

0.50cm

12解析帶電微粒由A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，由動(dòng)能定理