高中物理課件第08章靜電場第3講電容器帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

高中物理課件第3講電容器帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)第八章靜電場夯實(shí)必備知識研透命題要點(diǎn)目錄CONTENTS//////////////提升素養(yǎng)能力///////一、電容器及電容1.電容器(1)組成：由兩個(gè)彼此______又相距很近的導(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：電容器充電的過程中，兩極板所帶的電荷量______，極板間的電場強(qiáng)度______，電源的能量不斷儲(chǔ)存在電容器中。②放電：放電過程中，電容器把儲(chǔ)存的能量通過______做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。絕緣絕對值增加增大電流2.電容(1)定義：電容器所帶的__________與電容器兩極板之間的__________之比。(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)的物理量。(5)決定因素：由電容器本身物理?xiàng)l件(大小、形狀、極板相對位置及電介質(zhì))決定，與電容器是否______及______無關(guān)。電荷量Q1061012容納電荷帶電電壓電勢差U3.平行板電容器的電容(1)決定因素：正對面積，電介質(zhì)，兩極板間的距離。二、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)1.帶電粒子在電場中的加速2.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)(1)運(yùn)動(dòng)情況：帶電粒子以初速度v0垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場中，則帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，如圖1所示。圖1(2)處理方法：將帶電粒子的運(yùn)動(dòng)分解為沿初速度方向的__________運(yùn)動(dòng)和沿電場力方向的____________運(yùn)動(dòng)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解的知識解決有關(guān)問題。勻速直線勻加速直線【自測】

如圖2所示，A、B兩個(gè)帶正電的粒子，所帶電荷量分別為q1與q2，質(zhì)量分別為m1和m2。它們以相同的速度先后垂直于電場線從同一點(diǎn)進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場后，A粒子打在N板上的A′點(diǎn)，B粒子打在N板上的B′點(diǎn)，若不計(jì)重力，則(

)圖2C命題點(diǎn)二平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析命題點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)象命題點(diǎn)三帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)命題點(diǎn)四帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)命題點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1.實(shí)驗(yàn)原理(1)電容器充電：電源使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過程，如圖3甲。圖3(2)電容器放電：用導(dǎo)線將充好電的電容器的兩極板相連，使兩極板的異種電荷中和的過程，如圖乙。(3)電容器充放電時(shí)的能量轉(zhuǎn)化：充電后，電容器儲(chǔ)存了電能。放電時(shí)，儲(chǔ)存的電能釋放出來，轉(zhuǎn)化為其他形式的能。2.實(shí)驗(yàn)操作(1)按圖4連接好電路。(2)把單刀雙擲開關(guān)S接1，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(3)將單刀雙擲開關(guān)S接2，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(4)記錄好實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源。圖43.分析與論證圖5【例1】

(2021·北京西城區(qū)5月統(tǒng)測)在“用傳感器觀察電容器的充放電過程”實(shí)驗(yàn)中，按圖5甲所示連接電路。電源電動(dòng)勢為8.0V，內(nèi)阻可以忽略。單刀雙擲開關(guān)S先跟2相接，某時(shí)刻開關(guān)改接1，一段時(shí)間后，把開關(guān)再改接2，實(shí)驗(yàn)中使用了電流傳感器來采集電流隨時(shí)間的變化情況。乙甲(1)開關(guān)S改接2后，電容器進(jìn)行的是______(選填“充電”或“放電”)過程。此過程得到的I－t圖像如圖乙所示，圖中用陰影標(biāo)記的狹長矩形的面積的物理意義是____________________。如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的I－t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將________(選填“減小”“不變”或“增大”)。(2)若實(shí)驗(yàn)中測得該電容器在整個(gè)放電過程中釋放的電荷量Q＝3.44×10－3C，則該電容器的電容為________μF。(3)關(guān)于電容器在整個(gè)充、放電過程中的q－t圖像和UAB－t圖像的大致形狀，可能正確的有________(q為電容器極板所帶的電荷量，UAB為A、B兩板的電勢差)。解析

(1)將開關(guān)S接通1，電容器與電源相連，所以電容器充電；再將S改接2，電容器通過電阻R放電。圖中橫坐標(biāo)分成許多很小的時(shí)間間隔，在這些很小的時(shí)間間隔里，放電電流可以視為不變，則IΔt為這段時(shí)間內(nèi)的電荷量，所以題圖中用陰影標(biāo)記的狹長矩形的面積的物理意義是0.2s內(nèi)電容器放出的電荷量。根據(jù)Q＝CU可知，電荷量與電阻值R無關(guān)，如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的I－t

曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將不變。答案(1)放電0.2s內(nèi)電容器放出的電荷量不變(2)430

(3)AD電容器充、放電現(xiàn)象中的三點(diǎn)注意(1)電容器充電時(shí)電流流向正極板，電容器放電時(shí)電流從正極板流出，且充放電電流均逐漸減小至零。(2)電容器充、放電過程，電容器的電容不變，極板上所帶電荷量和電壓按正比關(guān)系變化。(3)電容器充、放電過程，I－t圖中曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示電容器儲(chǔ)存的電荷量。

命題點(diǎn)二平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析1.兩類典型問題 (1)電容器始終與恒壓電源相連，電容器兩極板間的電勢差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)分析思路圖6AB【例2】

(多選)(2021·天津市等級考模擬)如圖6所示，是一個(gè)由電池、電阻R、開關(guān)S與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，開關(guān)S閉合。一帶電液滴懸浮在兩板間P點(diǎn)不動(dòng)，下列說法正確的是(

)A.若將A板向右平移一小段位移，電容器的電容C減小B.若斷開S，將B板向下平移一小段位移，帶電液滴的電勢能減小C.在S仍閉合的情況下，增大兩極板距離的過程中，電阻R中有從b到a的電流D.若斷開S，減小兩極板距離，則帶電液滴向下運(yùn)動(dòng)圖7A【針對訓(xùn)練1】

(2021·河北“五個(gè)一名校聯(lián)盟”聯(lián)考)如圖7所示，平行板電容器帶有等量異種電荷(上極板帶正電)，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)的正點(diǎn)電荷，以E表示兩板間的電場強(qiáng)度，U表示兩板之間的電勢差，Ep表示點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢能，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.E不變，Ep不變

B.U不變，E減小C.θ增大，E不變 D.θ不變，Ep增大命題點(diǎn)三帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)1.做直線運(yùn)動(dòng)的條件(1)粒子所受合外力F合＝0，粒子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，帶電粒子將做變速直線運(yùn)動(dòng)；若電場為勻強(qiáng)電場，則帶電粒子做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。2.用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)分析3.用功能觀點(diǎn)分析圖8【例3】

(2021·東北三省三校聯(lián)考)如圖8甲所示，A、B是兩個(gè)足夠大的平行金屬板，兩平行板間加如圖乙所示電壓，U0、T0為已知。質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子在t＝0時(shí)刻從緊靠A板位置由靜止釋放(不計(jì)重力)，粒子經(jīng)2T0時(shí)間到B板。求：(1)粒子到達(dá)B板時(shí)的速度v；(2)兩個(gè)金屬板間的距離d。圖9B【針對訓(xùn)練2】

(2021·江西省教學(xué)質(zhì)量檢測)如圖9所示，A、B為平行金屬板，兩極板相距為d，分別與電源兩極連接。兩板的中央各有一小孔M、N。今有一帶電質(zhì)點(diǎn)自A板上方距離為d的P點(diǎn)由靜止下落，不計(jì)空氣阻力，到達(dá)兩板中點(diǎn)時(shí)的速度恰好為零，然后沿原路返回。則帶電質(zhì)點(diǎn)的重力與它在電場中所受電場力的大小之比為(

)A.1∶2 B.1∶3 C.2∶1 D.3∶1命題點(diǎn)四帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)1.運(yùn)動(dòng)規(guī)律

2.兩個(gè)結(jié)論3.功能關(guān)系圖10【例4】

(2021·山東日照市模擬)噴墨打印機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖10所示，其中墨盒可以發(fā)出半徑為1×10－5m的墨汁微粒，此微粒經(jīng)過帶電室時(shí)被帶上負(fù)電，帶電的多少由計(jì)算機(jī)按字體筆畫高低位置輸入信號加以控制。帶電后的微粒以一定的初速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，打到紙上，顯示出字體。無信號輸入時(shí)，墨汁微粒不帶電，沿直線通過偏轉(zhuǎn)電場而注入回流槽流入墨盒。設(shè)偏轉(zhuǎn)極板長L1＝1.6cm，兩板間的距離d＝0.50cm，偏轉(zhuǎn)板的右端到紙的距離L2＝2.4cm。若一個(gè)墨汁微粒的質(zhì)量為1.6×10－10kg，所帶電荷量為1.25×10－12C，以20m/s的初速度垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，打到紙上的點(diǎn)距原入射方向的距離是1.0mm(不計(jì)空氣阻力和墨汁微粒的重力，可以認(rèn)為偏轉(zhuǎn)電場只局限在平行板電容器內(nèi)部，忽略邊緣電場的不均勻性)(

)A.墨汁從進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場到打在紙上，做類平拋運(yùn)動(dòng)B.兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓是2.0×103VC.兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓是5.0×102VD.為了使紙上的字體放大10%，可以把偏轉(zhuǎn)電壓降低10%解析墨汁在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，出偏轉(zhuǎn)電場后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；墨汁出偏轉(zhuǎn)電場后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，且反向延長線交水平位移的中點(diǎn)，如圖所示答案

C題干圖11B（限時(shí)：40分鐘）A1.(2021·湖北武漢市4月質(zhì)檢)如圖1所示，A、B為平行板電容器的上、下兩個(gè)固定極板，分別接在恒壓直流電源的兩極上。當(dāng)紙張從平行極板間穿過時(shí)，若負(fù)電荷從a向b流過靈敏電流計(jì)G，則電流計(jì)指針偏向a端；若負(fù)電荷從b向a流過靈敏電流計(jì)G，則指針偏向b端。某次紙張從平行極板間穿過時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏向b端，下列說法正確的是(

)對點(diǎn)練平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析圖1A.兩極板間紙張厚度減小B.兩極板間紙張厚度不變C.兩極板間紙張厚度增加D.以上三種情況都有可能2.(2021·廣東潮州市教學(xué)質(zhì)檢)如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置可用來探究影響平行板電容器電容的因素，其中電容器左側(cè)極板B和靜電計(jì)外殼均接地，電容器右側(cè)極板A與靜電計(jì)金屬球相連，使電容器帶電后與電源斷開，下列操作能使靜電計(jì)的指針偏角變大的是(

)圖2CA.減小A板與B板之間的水平距離B.將橡膠棒插入A板與B板之間C.A板位置不動(dòng)，將B板稍微豎直向下平移D.將A板也接地3.(2021·安徽宿州市模擬)如圖3所示，水平放置的平行板電容器，下極板接地。一帶電油滴靜止于P點(diǎn)?，F(xiàn)將一與極板相同的不帶電金屬板插入圖中虛線位置，則(

)圖3CA.油滴帶正電B.M、N兩極板間電壓保持不變C.P點(diǎn)的電勢降低D.油滴在P點(diǎn)的電勢能減小4.(2021·四川成都市診斷)如圖4所示，A、B是豎直正對放置的一對已充電的平行金屬板，兩板之間為勻強(qiáng)電場，用絕緣細(xì)線懸掛著的帶電小球靜止時(shí)，細(xì)線與豎直方向的夾角為θ。下列判定正確的是(

)圖4B5.(多選)(2021·安徽合肥市5月質(zhì)檢)如圖5所示電路中，相距很近的平行金屬板M、N水平放置在勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)中，S1和S2均閉合時(shí)，一帶電微粒恰能在M、N板間做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。則下列說法正確的是(

)圖5ABA.微粒帶負(fù)電B.僅斷開開關(guān)S2，微粒仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)C.僅改變R2阻值，微粒仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)D.僅改變兩極板間距離，微粒仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)6.如圖6所示，空間存在兩塊平行的彼此絕緣的帶電薄金屬板A、B，間距為d，中央分別開有小孔O、P?，F(xiàn)有甲電子以速率v0從O點(diǎn)沿OP方向運(yùn)動(dòng)，恰能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)。若僅將B板向右平移距離d，再將乙電子從P′點(diǎn)由靜止釋放，則(

)圖6C對點(diǎn)練帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)A.金屬板A、B組成的平行板電容器的電容C不變B.金屬板A、B間的電壓減小C.甲、乙兩電子在板間運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度相同D.乙電子運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的速率為2v07.(多選)如圖7所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電油滴，在平行于紙面的勻強(qiáng)電場中由靜止沿斜向右下方做直線運(yùn)動(dòng)，其軌跡與豎直方向的夾角為θ，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力，則下列判斷正確的是(

)圖7CD8.(2021·江蘇七市調(diào)研)帶電粒子沿水平方向射入豎直向下的勻強(qiáng)電場中，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖8所示，粒子在相同的時(shí)間內(nèi)(

)圖8B對點(diǎn)練帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)A.位置變化相同B.速度變化相同C.速度偏轉(zhuǎn)的角度相同D.動(dòng)能變化相同解析

粒子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在豎直方向上，粒子相同的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移之比為1∶3∶5…，在水平方向上位置變化相同，所以其位置變化不同，A錯(cuò)誤；因?yàn)榱Ｗ幼鰟蜃兯偾€運(yùn)動(dòng)，根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知，粒子在相同時(shí)間內(nèi)速度變化相同，B正確；粒子的速度逐漸靠近(而不會(huì)達(dá)到)豎直方向，所以速度的偏轉(zhuǎn)角度會(huì)越來越小，C錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)能定理ΔEk＝qEsy，動(dòng)能的變化與豎直位移成正比，而在相同時(shí)間內(nèi)豎直位移之比為1∶3∶5…，所以動(dòng)能變化不同，D錯(cuò)誤。9.(2020·浙江7月選考，6)如圖9所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子以速度v0從MN連線上的P點(diǎn)水平向右射入電場強(qiáng)度大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中。已知MN與水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略，則粒子到達(dá)MN連線上的某點(diǎn)時(shí)(

)圖9C10.(多選)(2021·廣東梅州市質(zhì)檢)如圖10所示，水平放置的平行板電容器充電后與電源斷開，一帶電粒子從A點(diǎn)沿半圓ABC的直徑方向以某一速度水平射入電場，恰好經(jīng)過半圓的最低點(diǎn)B。粒子重力不計(jì)，下列分析正確的是(

)圖10BCDA.經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度方向沿半圓的半徑B.無論射入速度多大，粒子都不可能沿著半徑方向離開半圓C.若僅將下板下移少許，板間電壓增大D.若僅將下板下移少許，該粒子以相同的速度從原處射入電場，仍會(huì)經(jīng)過B點(diǎn)11.(多選)(2021·河北張家口市期末)如圖11所示，xOy坐標(biāo)系的第一象限存在水平向左的勻強(qiáng)電場。第二象限存在豎直向下的勻強(qiáng)電場，y軸上c點(diǎn)和x軸上d點(diǎn)連線為電場的下邊界。相同的帶電粒子甲、乙分別從a點(diǎn)和b點(diǎn)由靜止釋放，兩粒子均從c點(diǎn)水平射入第二象限，且均從c、d連線上射出，已知ab＝bc，下列說法正確的是(

)圖11BD12.如圖12甲所示是一種觀察電容器充、放電的實(shí)驗(yàn)電路圖。某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的情況如下：接通開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使小量程電流表的指針偏轉(zhuǎn)接近滿刻度，記下此時(shí)電流表的示數(shù)是I0＝490μA，電壓表的示數(shù)U0＝6.0V，I0、U0分別是電容器放電時(shí)的初始電壓和電流。斷開開關(guān)S，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，每隔5s測一次電流I的值，將測得數(shù)據(jù)填入表格，并標(biāo)在圖乙坐標(biāo)紙上(時(shí)間t為橫坐標(biāo)、電流i為縱坐標(biāo))，結(jié)果如圖中小黑點(diǎn)“·”所示。圖12(1)在圖乙中畫出i－t圖線，圖線與坐標(biāo)軸所圍成面積的物理意義是________________________________。(2)該電容器電容為________F(結(jié)果保留2位有效