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

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第七章靜電場 第3講電容器帶電粒子在電場中的運(yùn)動 過好雙基關(guān) 一 電容器及電容1 電容器 1 組成 由兩個彼此又相互靠近的導(dǎo)體組成 2 帶電荷量 一個極板所帶電荷量的 3 電容器的充 放電 充電 使電容器帶電的過程 充電后電容器兩極板帶上等量的 電容器中儲存電場能 放電 使充電后的電容器失去電荷的過程 放電過程中轉(zhuǎn)化為其他形式的能 絕對值 異種電荷 電能 絕緣 2 電容 1 定義 電容器所帶的與兩個極板間的的比值 2 定義式 3 單位 法拉 F 微法 F 皮法 pF 1F F 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 相對位置及電介質(zhì) 決定 與電容器是否及無關(guān) 電荷量 電勢差 106 1012 容納電荷 帶電 電壓 3 平行板電容器的電容 1 決定因素 正對面積 相對介電常數(shù) 兩板間的距離 2 決定式 答案 自測1關(guān)于電容器及其電容 下列說法中正確的是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 對一個電容器來說 電容器的電荷量與兩板間的電勢差成正比D 如果一個電容器兩板間沒有電壓 就不帶電荷 也就沒有電容 二 帶電粒子在電場中的運(yùn)動1 加速 1 在勻強(qiáng)電場中 W qU mv2 mv02 2 在非勻強(qiáng)電場中 W mv2 mv02 2 偏轉(zhuǎn) 1 運(yùn)動情況 如果帶電粒子以初速度v0垂直場強(qiáng)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 如圖1所示 圖1 qEd qU 2 處理方法 將粒子的運(yùn)動分解為沿初速度方向的運(yùn)動和沿電場力方向的運(yùn)動 根據(jù)的知識解決有關(guān)問題 勻速直線 勻加速直線 運(yùn)動的合成與分解 三 示波管1 示波管的構(gòu)造 電子槍 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 如果在偏轉(zhuǎn)電極XX 和YY 之間都沒有加電壓 則電子槍射出的電子沿直線運(yùn)動 打在熒光屏 在那里產(chǎn)生一個亮斑 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信號在一個周期內(nèi)變化的穩(wěn)定圖象 信號電壓 掃描電壓 中心 信號電壓 自測2教材P39第3題先后讓一束電子和一束氫核通過同一對平行板形成的偏轉(zhuǎn)電場 進(jìn)入時速度方向與板面平行 在下列兩種情況下 分別求出離開時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 答案見解析 2 電子與氫核的初動能相同 答案 解析 答案見解析 研透命題點(diǎn) 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 動態(tài)分析思路 1 U不變 命題點(diǎn)一平行板電容器的動態(tài)分析 基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透 根據(jù)UAB E d分析某點(diǎn)電勢變化 2 Q不變 例1 2016 全國卷 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 極板間電場強(qiáng)度變大B 極板上的電荷量變小 極板間電場強(qiáng)度變大C 極板上的電荷量變大 極板間電場強(qiáng)度不變D 極板上的電荷量變小 極板間電場強(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 與靜電計相連 靜電計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表示兩板間的電場強(qiáng)度 Ep表示點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢能 表示靜電計指針的偏角 若保持下極板不動 將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置 則A 增大 E增大B 增大 Ep不變C 減小 Ep增大D 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)此時兩極板間的電勢差為U P點(diǎn)場強(qiáng)大小為E 電勢為 P 負(fù)電荷的電勢能為Ep 現(xiàn)將A B兩板水平錯開一段距離 兩板間距不變 下列說法正確的是A U變大 E變大B U變小 P變小C P變小 Ep變大D P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)的電勢為 P B板接地 B 0 則由題可知0 P Ed 是增大的 則 P一定減小 由于負(fù)電荷在電勢低的地方電勢能一定較大 所以可知電勢能Ep是增大的 故C正確 1 做直線運(yùn)動的條件 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 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)動或勻減速直線運(yùn)動 2 用動力學(xué)觀點(diǎn)分析 命題點(diǎn)二帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動 能力考點(diǎn)師生共研 3 用功能觀點(diǎn)分析非勻強(qiáng)電場中 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)動到P點(diǎn)返回B 運(yùn)動到P和P 點(diǎn)之間返回C 運(yùn)動到P 點(diǎn)返回D 穿過P 點(diǎn) 解析 解析 答案 圖5 變式3勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E隨時間t變化的圖象如圖6所示 當(dāng)t 0時 在此勻強(qiáng)電場中由靜止釋放一個帶電粒子 帶正電 設(shè)帶電粒子只受電場力的作用 則下列說法中正確的是A 帶電粒子將始終向同一個方向運(yùn)動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錯誤 由圖象可知2s內(nèi)的位移為負(fù) 故選項(xiàng)B錯誤 由圖象可知3s末帶電粒子的速度為零 故選項(xiàng)C錯誤 由動能定理結(jié)合圖象可知0 3s內(nèi) 電場力做的總功為零 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 穿過小孔到達(dá)下極板處速度恰為零 空氣阻力忽略不計 極板間電場可視為勻強(qiáng)電場 重力加速度為g 求 1 小球到達(dá)小孔處的速度大小 答案 圖7 2 極板間電場強(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)動到下極板處的時間 答案 1 運(yùn)動規(guī)律 1 沿初速度方向做勻速直線運(yùn)動 運(yùn)動時間 命題點(diǎn)三帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 能力考點(diǎn)師生共研 2 沿電場力方向 做勻加速直線運(yùn)動 2 兩個結(jié)論 1 不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場射出時 偏移量和偏轉(zhuǎn)角總是相同的 2 粒子經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后 合速度的反向延長線與初速度延長線的交點(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)加速電場加速后 沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場 并從另一側(cè)射出 已知電子質(zhì)量為m 電荷量為e 加速電場電壓為U0 偏轉(zhuǎn)電場可看做勻強(qiáng)電場 極板間電壓為U 極板長度為L 板間距為d 1 忽略電子所受重力 求電子射入偏轉(zhuǎn)電場時的初速度v0和從電場射出時沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離 y 答案 解析 圖8 2 分析物理量的數(shù)量級 是解決物理問題的常用方法 在解決 1 問時忽略了電子所受重力 請利用下列數(shù)據(jù)分析說明其原因 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 答案見解析 解析只考慮電子所受重力和電場力的數(shù)量級 有重力G mg 10 29N電場力F 10 15N由于F G 因此不需要考慮電子所受的重力 課時作業(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 懸線與豎直方向的夾角為 則 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 圖1 A 當(dāng)開關(guān)S斷開時 若減小平行板間的距離 則夾角 增大B 當(dāng)開關(guān)S斷開時 若增大平行板間的距離 則夾角 增大C 當(dāng)開關(guān)S閉合時 若減小平行板間的距離 則夾角 增大D 當(dāng)開關(guān)S閉合時 若減小平行板間的距離 則夾角 減小 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 多選 將平行板電容器兩極板之間的距離 電壓 電場強(qiáng)度大小和極板所帶的電荷量分別用d U E和Q表示 下列說法正確的是A 保持U不變 將d變?yōu)樵瓉淼膬杀?則E變?yōu)樵瓉淼囊话隑 保持E不變 將d變?yōu)樵瓉淼囊话?則U變?yōu)樵瓉淼膬杀禖 保持d不變 將Q變?yōu)樵瓉淼膬杀?則U變?yōu)樵瓉淼囊话隓 保持d不變 將Q變?yōu)樵瓉淼囊话?則E變?yōu)樵瓉淼囊话?1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 若保持E不變 將d變?yōu)樵瓉淼囊话?則U變?yōu)樵瓉淼囊话?B項(xiàng)錯誤 保持d不變 若Q變?yōu)樵瓉淼囊话?則E變?yōu)樵瓉淼囊话?D項(xiàng)正確 3 兩平行金屬板相距為d 電勢差為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 此電子具有的初動能是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 圖2 12 4 2015 新課標(biāo)全國 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a點(diǎn)的軸 垂直于紙面 逆時針旋轉(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C 向正下方做勻加速運(yùn)動D 向左下方做勻加速運(yùn)動 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 圖3 12 解析兩平行金屬板水平放置時 帶電微粒靜止 有mg qE 現(xiàn)將兩板繞過a點(diǎn)的軸 垂直于紙面 逆時針旋轉(zhuǎn)45 后 兩板間電場強(qiáng)度方向逆時針旋轉(zhuǎn)45 電場力方向也逆時針旋轉(zhuǎn)45 但大小不變 此時電場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 選項(xiàng)D正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 圖4 12 解析 5 如圖4所示 電容器極板間有一可移動的電介質(zhì)板 介質(zhì)與被測物體相連 電容器接入電路后 通過極板上物理量的變化可確定被測物體的位置 則下列說法中正確的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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錯誤 6 如圖5所示 平行板電容器與電動勢為E的直流電源 內(nèi)阻不計 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一小段距離A 帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動B P點(diǎn)的電勢將降低C 帶電油滴的電勢能將減少D 電容器的電容減小 極板帶電荷量將增大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 圖5 12 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強(qiáng)度E電減小 故油滴將向下運(yùn)動 A錯誤 下極板接地 所以電勢為零 設(shè)P點(diǎn)距離下極板的距離為L 則 P E電L L不變 E電減小 所以P點(diǎn)的電勢將降低 B正確 油滴向下運(yùn)動 帶負(fù)電 故電場力做負(fù)功 電勢能增大 C錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7 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方向射入勻強(qiáng)電場 電子恰好從正極板邊緣飛出 現(xiàn)保持負(fù)極板不動 正極板在豎直方向移動 并使電子入射速度變?yōu)樵瓉淼?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)樵瓉淼?1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 圖6 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8 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 已知板長為L 板間的距離為d 板間電壓為U 帶電粒子的電荷量為 q 粒子通過平行金屬板的時間為t 不計粒子的重力 則 圖7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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)動是類平拋運(yùn)動 豎直方向上的分運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動 由運(yùn)動學(xué)知識可知 前后兩段相等時間內(nèi)豎直方向上的位移之比為1 3 電場力做功之比也為1 3 又因?yàn)殡妶隽ψ龅目偣樗栽谇皶r間內(nèi) 電場力對粒子做的功為A選項(xiàng)錯 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9 2014 山東理綜 18 如圖8所示 場強(qiáng)大小為E 方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中有一矩形區(qū)域abcd 水平邊ab長為s 豎直邊ad長為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 兩粒子不同時出現(xiàn)在電場中 不計重力 若兩粒子軌跡恰好相切 則v0等于 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 12 圖8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10 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)整個裝置被置于一水平向右的勻強(qiáng)電場中時 小物塊恰好靜止 重力加速度取g sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 水平向右電場的電場強(qiáng)度 答案 解析 圖9 解析小物塊靜止在斜面上 受重力 電場力和斜面支持力 受力分析如圖所示 則有FNsin37 qEFNcos37 mg 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 若將電場強(qiáng)度減小為原來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 3g 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 電場強(qiáng)度變化后物塊下滑距離L時的動能 解析 答案 答案0 3mgL 解析電場強(qiáng)度變化后物塊下滑距離L時 重力做正功 電場力做負(fù)功 支持力不做功 由動能定理得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)在電場中的振蕩來產(chǎn)生微波 其振蕩原理與下述過程類似 如圖10所示 在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個勻強(qiáng)電場 一帶電微粒從A點(diǎn)由靜止開始 在電場力作用下沿直線在A B兩點(diǎn)間往返運(yùn)動 已知電場強(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 不計帶電微粒的重力 忽略相對論效應(yīng) 求 1 B點(diǎn)到虛線MN的距離d2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 圖10 答案0 50cm 12 解析帶電微粒由A運(yùn)動到B的過程中 由動能定理有 q E1d1 q E2d2 0 E1d1 E2d2 解得d2 0 50cm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 又t t1 t2 代入數(shù)據(jù) 聯(lián)立解得t 1 5 10 8s 2 帶電微粒從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所經(jīng)歷的時間t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 解析設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)的加速度大小分別為a1 a2 由牛頓第二定律有 q E1 ma1 q E2 ma2 12 答案1 5 10 8s 12 2017 湖北黃岡中學(xué)模擬 如圖11甲所示 空間存在水平方向的大小不變 方向周期性變化的電場 其變化規(guī)律如圖乙所示 取水平向右為正方向 一個質(zhì)量為m 電荷量為 q的粒子 重力不計 開始處于圖中的A點(diǎn) 在t 0時刻將該粒子由靜止釋放 經(jīng)過時間t0 剛好運(yùn)動到B點(diǎn) 且瞬時速度為零 已知電場強(qiáng)度大小為E0 試求 1 電場變化的周期T應(yīng)滿足的條件 答案 解析 圖11 答案見解析 解析經(jīng)過時間t0 瞬時速度為零 故時間t0為周期的整數(shù)倍 即 t0 nT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 A B之間的距離 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 12 答案 答案見解析 解析作出v t圖象 如圖甲所示 v t圖象與時間軸包圍的面積表示位移大小 為 3 若在t 時刻釋放該粒子 則經(jīng)過時間t0粒子的位移為多大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案見解析 解析若在t 時刻釋放該粒子 作出v t圖象 如圖乙所示 v t圖象與時間軸包圍的面積表示位移大小 上方面積表示前進(jìn)距離 下方的面積表示后退的距離 解析 答案