高考物理總復(fù)習(xí)專題7電場(chǎng)第3講電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)市賽課公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省名師獲獎(jiǎng)?wù)n件

第3講電容、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)【考綱解讀】1.了解電容器基本概念，掌握好電容器三類動(dòng)態(tài)分析；2.用動(dòng)力學(xué)方法處理帶電粒子在電場(chǎng)中直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題；3.能利用運(yùn)動(dòng)合成與分解處理帶電粒子偏轉(zhuǎn)問(wèn)題．1/64一、電容器、電容1．電容器(1)組成：由兩個(gè)彼此________又相互________平行板導(dǎo)體組成．(2)帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量________．(3)電容器充、放電充電：使電容器帶電過(guò)程，充電后電容器兩極板帶上等量__________，電容器中儲(chǔ)存________．放電：使充電后電容器失去電荷過(guò)程，放電過(guò)程中________轉(zhuǎn)化為其它形式能．考點(diǎn)O講堂梳理自查絕緣靠近絕對(duì)值異種電荷電場(chǎng)能電場(chǎng)能2/64正對(duì)面積正兩極板間距離電壓電荷量3/64二、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)1．帶電粒子在電場(chǎng)中加速(1)處理方法：利用動(dòng)能定理qU＝________________.(2)適用范圍：任何電場(chǎng)．2．帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)(1)條件分析：帶電粒子垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)．(2)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：____________運(yùn)動(dòng)．(3)處理方法：分解成__________兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，類似于___________．勻變速曲線相互垂直平拋運(yùn)動(dòng)4/64勻速直線

勻加速直線

5/641．[對(duì)電容器計(jì)算式考查](多項(xiàng)選擇)對(duì)于給定電容器，描述其電容C，電荷量Q，電壓U之間對(duì)應(yīng)關(guān)系圖象正確是()6/647/648/649/6410/6411/64考點(diǎn)1平行板電容器動(dòng)態(tài)分析12/6413/64例1(年天津卷)如圖所表示，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，在兩極板間有一個(gè)固定在P點(diǎn)點(diǎn)電荷，以E表示兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度，Ep表示點(diǎn)電荷在P點(diǎn)電勢(shì)能，θ表示靜電計(jì)指針偏角．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不變思緒剖析：上極板向下移動(dòng)一小段距離過(guò)程中，電容器電容、電容器和帶電量及板間電場(chǎng)強(qiáng)度怎樣改變？P點(diǎn)電勢(shì)怎樣改變？14/64【答案】D15/64練1(多項(xiàng)選擇)如圖所表示電路，閉合開(kāi)關(guān)，水平放置平行板電容器中有一個(gè)帶電液滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)．為了使液滴豎直向上運(yùn)動(dòng)，以下操作可行是()A．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)，將兩板間距離拉大一些B．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)，將兩板水平地向相反方向移開(kāi)一些C．保持開(kāi)關(guān)閉合，將兩板間距離減小一些D．保持開(kāi)關(guān)閉合，以兩板各自左側(cè)板沿為軸，同時(shí)向上(即逆時(shí)針?lè)较?轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度【答案】BC16/6417/6418/641．帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)重力處理(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等，除有說(shuō)明或明確暗示以外，普通都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)．(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說(shuō)明或明確暗示以外，普通都不能忽略重力．2．帶電粒子在電場(chǎng)中變速直線運(yùn)動(dòng)可用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律求解，或從功效角度用動(dòng)能定理、能量守恒定律求解．考點(diǎn)2帶電粒子在電場(chǎng)中直線運(yùn)動(dòng)19/64例2如圖所表示，A和B是兩個(gè)相同帶電小球，視為質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)量均為m，電荷量均為q.A固定在絕緣地面上，B放在它正上方一塊絕緣板上．當(dāng)手持絕緣板，使B從靜止開(kāi)始以恒定加速度a(a＜g)豎直下落h時(shí)，B與絕緣板脫離．若靜電力常量為k，求：(1)B脫離板時(shí)動(dòng)能；(2)B在脫離絕緣板前運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力和板支持力對(duì)B做功代數(shù)和W；(3)B脫離絕緣板時(shí)距A高度x.20/6421/64練2(多項(xiàng)選擇)如圖所表示，平行板電容器兩個(gè)極板與水平地面成一角度，兩極板與一直流電源相連．若一帶電粒子恰能沿圖中所表示水平直線經(jīng)過(guò)電容器，則在此過(guò)程中，該粒子()A．所受重力與電場(chǎng)力平衡 B．電勢(shì)能逐步增加C．動(dòng)能逐步增加 D．做勻變速直線運(yùn)動(dòng)【答案】BD【解析】粒子做直線運(yùn)動(dòng)，其重力和電場(chǎng)力協(xié)力應(yīng)與速度共線，如圖所表示．重力與電場(chǎng)力不共線，不可能平衡，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力做負(fù)功，因而電勢(shì)能增加，選項(xiàng)B正確；協(xié)力做負(fù)功，動(dòng)能減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電容器極板與直流電源相連，即其電壓、板間場(chǎng)強(qiáng)不變，則電場(chǎng)力不變，協(xié)力恒定，因而粒子做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確．22/64帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題主要用力觀點(diǎn)求解，即利用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解．其思緒是認(rèn)真分析帶電粒子受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，建立清楚物理情景，然后由力觀點(diǎn)列方程．若帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件列式；若做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，能夠用牛頓第二定律與勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解；對(duì)于多過(guò)程往復(fù)運(yùn)動(dòng)也能夠由能觀點(diǎn)求解．23/64考點(diǎn)3帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)24/6425/6426/64例3如圖所表示，在兩條平行虛線內(nèi)存在著寬度為L(zhǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度為E勻強(qiáng)電場(chǎng)，在與右側(cè)虛線相距也為L(zhǎng)處有一與電場(chǎng)平行屏．現(xiàn)有一電荷量為＋q、質(zhì)量為m帶電粒子(重力不計(jì))，以垂直于電場(chǎng)線方向初速度v0射入電場(chǎng)中，v0方向延長(zhǎng)線與屏交點(diǎn)為O.試求：(1)粒子從射入電場(chǎng)到打到屏上所用時(shí)間；(2)粒子剛射出電場(chǎng)時(shí)速度方向與初速度方向夾角正切值tanα；(3)粒子打到屏上點(diǎn)P到O點(diǎn)距離x.27/64思緒剖析：(1)帶電粒子在電場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)？水平方向上做什么運(yùn)動(dòng)？(2)怎樣求解帶電粒子在豎直方向分速度？(3)帶電粒子射出電場(chǎng)后，做什么運(yùn)動(dòng)？28/6429/6430/64【答案】B31/6432/64示波管是由電子槍、豎直偏轉(zhuǎn)電極YY′、水平偏轉(zhuǎn)電極XX′和熒光屏組成，電子槍發(fā)射電子打在熒光屏上將出現(xiàn)亮點(diǎn)．若亮點(diǎn)很快移動(dòng)，因?yàn)橐曈X(jué)暫留效應(yīng)，能在熒光屏上看到一條亮線．1．如圖，假如只在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加上如圖甲所表示Uy＝Umsinωt電壓，熒光屏上亮點(diǎn)偏移也將按正弦規(guī)律改變，即y′＝y(tǒng)msinωt，并在熒光屏上觀察到亮線形狀為圖A(設(shè)偏轉(zhuǎn)電壓頻率較高)．2．假如只在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上如圖乙所表示電壓，在熒光屏上觀察到亮線形狀為圖B(設(shè)偏轉(zhuǎn)電壓頻率較高)．考點(diǎn)4示波器原理33/6434/643．假如在偏轉(zhuǎn)電極YY′加上圖甲所表示電壓，同時(shí)在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上圖乙所表示電壓，在熒光屏上觀察到亮線形狀為圖C．(設(shè)偏轉(zhuǎn)電壓頻率較高)35/64例4圖甲為示波管原理圖．假如在電極YY′之間所加電壓按圖乙所表示規(guī)律改變，在電極XX′之間所加電壓按圖丙所表示規(guī)律改變，則在熒光屏上會(huì)看到圖形是()36/64【答案】B【解析】在0～2t1時(shí)間內(nèi)，掃描電壓掃描一次，信號(hào)電壓完成一個(gè)周期，當(dāng)UY為正最大值時(shí)，電子打在熒光屏上有正最大位移，當(dāng)UY為負(fù)最大值時(shí)，電子打在熒光屏上有負(fù)最大位移，所以一個(gè)周期內(nèi)熒光屏上圖象為B．37/64練4如圖所表示為示波管結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)在XX′間加上Uxx′－t信號(hào)，YY′間加上Uyy′－t信號(hào)，(如圖甲、乙所表示)．則在屏幕上看到圖形是()38/64【答案】D【解析】沿電場(chǎng)方向帶電粒子做加速運(yùn)動(dòng)，在垂直電場(chǎng)方向帶電粒子做勻速運(yùn)動(dòng)，粒子經(jīng)過(guò)豎直YY′(信號(hào)電壓)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)過(guò)水平XX′(掃描電壓)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，最終在顯示器上形成穩(wěn)定圖象．在甲圖中開(kāi)始Uxx′<0，乙圖中開(kāi)始Uyy′＝0之后大于0，由此排除B、C兩項(xiàng).0～T在x方向電子恰好從－x處到屏中央，在y方向完成一次掃描，T～2T水平方向電子從中央向x正向移動(dòng)，在y方向再完成一次掃描．所以本題D項(xiàng)正確．39/64示波管熒光屏上圖形形狀判斷方法：示波管中電子在YY′和XX′兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電極作用下，同時(shí)參加兩個(gè)類平拋運(yùn)動(dòng)，首先沿YY′方向偏轉(zhuǎn)，另首先沿XX′方向偏轉(zhuǎn)，找出幾個(gè)特殊點(diǎn)，即可確定熒光屏上圖形．40/641．模型概述對(duì)于復(fù)合場(chǎng)中力學(xué)問(wèn)題，能夠依據(jù)力獨(dú)立作用原理分別研究每種場(chǎng)力對(duì)物體作用效果，也能夠同時(shí)研究幾個(gè)場(chǎng)力共同作用效果，將復(fù)合場(chǎng)等效為一個(gè)簡(jiǎn)單場(chǎng)，然后與重力場(chǎng)中力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行類比，利用力學(xué)規(guī)律和方法進(jìn)行分析與解答．微課堂＋帶電體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)41/6442/6443/64審題突破：小球所受重力和電場(chǎng)力都為恒力，故兩力等效為一個(gè)力F，如圖所表示．可知F＝1.25mg，方向左偏下37°，從圖中可知，做完整圓周運(yùn)動(dòng)臨界點(diǎn)是能否經(jīng)過(guò)D點(diǎn)，若恰好能經(jīng)過(guò)D點(diǎn)，即到達(dá)D點(diǎn)時(shí)球與環(huán)彈力恰好為零．【答案】10R44/6445/64練5在電場(chǎng)方向水平向右勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一帶電小球從A點(diǎn)豎直向上拋出，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所表示．小球運(yùn)動(dòng)軌跡上A，B兩點(diǎn)在同一水平線上，M為軌跡最高點(diǎn)．小球拋出時(shí)動(dòng)能為8.0J，在M點(diǎn)動(dòng)能為6.0J，不計(jì)空氣阻力．求：(1)小球水平位移x1與x2比值；(2)小球落到B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能EkB；(3)小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)過(guò)程中最小動(dòng)能Ekmin.46/64解：(1)如圖所表示，帶電小球在水平方向上受電場(chǎng)力作用做初速度為零勻加速運(yùn)動(dòng)，豎直方向上只受重力作用做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，故從A到M和M到B時(shí)間相等，則x1∶x2＝1∶3.47/6448/64利用功效觀點(diǎn)處理帶電體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，首先對(duì)帶電體受力分析，再分析運(yùn)動(dòng)形式，然后依據(jù)詳細(xì)情況選取對(duì)應(yīng)公式計(jì)算．1．若選取動(dòng)能定理，則要分清有多少個(gè)力做功，是恒力做功還是變力做功，同時(shí)要明確初、末狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能增量．2．若選取能量守恒定律，則要分清帶電體在運(yùn)動(dòng)中共有多少種能量參加轉(zhuǎn)化，哪些能量是增加，哪些能量是降低．49/64熱點(diǎn)題組一電容器動(dòng)態(tài)分析1．(多項(xiàng)選擇)(屆長(zhǎng)沙模擬)如圖所表示，兩塊較大金屬板A、B平行放置并與一電源相連，S閉合后，兩板間有一質(zhì)量為m，電荷量為q油滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)．以下說(shuō)法中正確是()模擬精選·組合專練A．若將A板向上平移一小段位移，則油滴向下加速運(yùn)動(dòng)，G表中有b→a電流B．若將A板向左平移一小段位移，則油滴依然靜止，G表中有b→a電流50/64C．若將S斷開(kāi)，則油滴馬上做自由落體運(yùn)動(dòng)，G表中無(wú)電流D．若將S斷開(kāi)，再將A板向下平移一小段位移，則油滴向上加速運(yùn)動(dòng)，G表中有b→a電流【答案】AB51/642．(屆衡水模擬)一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi)，負(fù)極板接地．兩板間有一個(gè)正試探電荷固定在P點(diǎn)，如圖所表示，以C表示電容器電容、E表示兩板間場(chǎng)強(qiáng)、φ表示P點(diǎn)電勢(shì)，W表示正電荷在P點(diǎn)電勢(shì)能，若正極板保持不動(dòng)，將負(fù)極板遲緩向右平移一小段距離l0過(guò)程中，各物理量與負(fù)極板移動(dòng)距離x關(guān)系圖象中正確是()52/6453/6454/6455/644．(屆襄陽(yáng)月考)如圖所表示，一價(jià)氫離子(H)和二價(jià)氦離子(He)混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們()A．同時(shí)抵達(dá)屏上同一點(diǎn)B．先后抵達(dá)屏上同一點(diǎn)C．同時(shí)抵達(dá)屏上不一樣點(diǎn)D．先后抵達(dá)屏上不一樣點(diǎn)【答案】B56/64熱點(diǎn)題組三帶電體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)5．(屆平頂山檢測(cè))如圖所表示，AB是一傾角為θ＝37°絕緣粗糙直軌道，滑塊與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.30，BCD是半徑為R＝0.2m光滑圓弧軌道，它們相切于B點(diǎn)，C為圓弧軌道最低點(diǎn)，整個(gè)空間存在著豎直向上勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)E＝4.0×103N/C，質(zhì)量m＝0.20kg帶電滑塊從斜面頂端由靜止開(kāi)始下滑．已知斜面AB對(duì)應(yīng)高度h＝0.24m，滑塊帶電荷量q＝－5.0×10－4C，取重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80.求：(1)滑塊從斜面最高點(diǎn)滑到斜面底端B點(diǎn)時(shí)速度大?。?2)滑塊滑到圓弧軌道最低點(diǎn)C時(shí)對(duì)軌道壓力．57/6458/6459/646．(屆大連檢測(cè))如圖所表示，在豎直平面內(nèi)，AB為水平放置絕緣粗糙軌道，CD為豎直放置足夠長(zhǎng)絕緣粗糙軌道，AB與CD經(jīng)過(guò)四分之一絕緣光滑圓弧形軌道平