高考物理一輪復(fù)習(xí)第3講電容器與電容帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)[配套課件]

1、第 3 講 電容器與電容帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn) 1電容、平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析1電容器(1)組成：由兩個(gè)彼此絕緣且又相互靠近的導(dǎo)體組成(2)帶電量：一個(gè)極板所帶電量的絕對值2電容(1)定義：電容器所帶的電量與兩極板間電勢差的比值(4)單位：1法拉(F) 微法(F) 皮法(pF)QU Q U (2)公式： C .(3)物理意義：電容是描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量電容 C 由電容器本身的構(gòu)造因素決定，與 U、Q 無關(guān)3平行板電容器的電容(1)影響因素：平行板電容器的電容與兩極板的 成正比，與兩極板的 成反比，并且跟板間插入的電介質(zhì)有關(guān)S4kdC .1061012正對面積距離(2)公式：4

2、平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析(1)兩種情況：保持兩極板與電源相連，則電容器兩極板間 不變充電后斷開電源，則電容器的 不變 Q(2)三個(gè)公式：C ； UEd；C US4kd(3)方法：找不變量與變化量之間的公式來決定要比較的量的變化關(guān)系如：Q 不變、d 變小，比較 E 的變化，則 QCUCEdS4kdEdSE，故 d 變化時(shí) E 不變4k電壓電量1(單選)如圖 731 所示為一只“極距變化型電容式傳感器”的部分構(gòu)件示意圖在下列圖中能正確反映傳感器電容 C與 d 之間變化規(guī)律的圖象是( )圖 731 解析：由平行板電容器電容的決定式 CS可知，電容4kdC 與極板之間距離 d 成反比，在第一象限反比例函

3、數(shù)圖象是雙曲線的一支，所以 A 正確A2(單選)(2010 年北京卷)用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素(如圖 732)設(shè)兩極板正對面積為 S，極板間的距離為 d，靜電計(jì)指針偏角為.實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若()AA保持 S 不變，增大 d，則變大B保持 S 不變，增大 d，則變小C保持 d 不變，減小 S，則變小D保持 d 不變，減小 S，則不變圖 732考點(diǎn) 2帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)示波管1帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)(1)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，受到的電場力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上，做勻變速直線運(yùn)動(dòng)(2)用功能觀點(diǎn)分析：電場力對帶電粒子所做

4、的功等于粒子動(dòng)能的變化，即qU 2帶電粒子的偏轉(zhuǎn)分析(1)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：帶電粒子受到恒定的與初速度方向垂直的電場力作用而做類平拋運(yùn)動(dòng)(2)處理方法：類似于平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法，如圖 733.圖 733沿初速度方向做 運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間 tl/v0.F qE qUm m md沿電場力方向做 運(yùn)動(dòng)，a .勻速勻加速ql U2mv0d1 2離開電場時(shí)的偏移量 y at 222 .離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角 tan v0 vy 圖 734mdv0U1l3兩個(gè)推論：如圖 734 所示，設(shè)帶電粒子質(zhì)量為 m、電荷量為 q，以速度 v0 垂直于電場線射入勻強(qiáng)電場，偏轉(zhuǎn)電壓為 U1.若粒子飛出電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角為，則 tan qU1

5、l 2.(1)若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)同一加速電壓 U0 加速后 由以上兩式得 tan .2U0d由此式可知，粒子的偏轉(zhuǎn)角與粒子的 q、m 無關(guān)，僅決定于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場，即不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場后，它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角度總是相同的進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的，則由動(dòng)能定理有qU0 mv20.12由此可知，粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí)，就好像是從極板間 l 的 處沿直線射出24示波管(1)構(gòu)造：電子槍，偏轉(zhuǎn)電極，熒光屏(如圖 735 所示)圖 735(2)工作原理如果在偏轉(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(dòng)，打在熒光屏中心，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑YY上

6、加的是待顯示的信號電壓XX上是機(jī)器自身的鋸齒形電壓，叫做掃描電壓若所加掃描電壓和信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個(gè)周期內(nèi)變化的圖象.3(單選)(2011 年江蘇模擬)如圖 736 所示，平行板電容器與恒定電源相連，負(fù)極板接地，在兩板間有一正電荷(電荷量很少且不變)固定在 P 點(diǎn)，以 U 表示電容兩極板間的電壓，E表示兩極板間的場強(qiáng)，Ep 表示正電荷在 P 點(diǎn)的電勢能，若保持負(fù)極板不動(dòng)，而將正極板向上移至某位置，則( )圖 736AU 不變，EP 變小BU 不變，EP 不變CE 變小，EP 變大DE 變大，EP 不變A4(雙選)如圖 737 所示，示波器的示波管可以視為加速電

7、場與偏轉(zhuǎn)電場的組合，若已知加速電壓為 U1，偏轉(zhuǎn)電壓為U2，偏轉(zhuǎn)極板長為 L，板間距為 d，且電子被加速前的初速度可忽略，則關(guān)于示波器的靈敏度(即偏轉(zhuǎn)電場中每單位偏轉(zhuǎn)電壓所引起的偏轉(zhuǎn)量 h/U2)與加速電場、偏轉(zhuǎn)電場的關(guān)系，下列說法中正確的是() 解析：向上移動(dòng)正極板，電源電壓不變，則電容器兩端電壓不變；U 不變，d 變大，則電容 C 變小，由 QCU 知Q 變小， 故兩極板間場強(qiáng)變小，EP 變小，A 選項(xiàng)正確圖 737AL 越大，靈敏度越高CU1 越大，靈敏度越小Bd 越大，靈敏度越高DU2 越大，靈敏度越小可見，A、C 選項(xiàng)正確答案：AC5有一個(gè)帶正電的小球，質(zhì)量為 m、電量為 q，靜止在

8、固定的絕緣支架上現(xiàn)給小球一個(gè)瞬時(shí)的初速度 v0 使小求水平飛出，飛出時(shí)小球的電量沒有改變同一豎直面內(nèi)，有一個(gè)豎直固定放置的圓環(huán)(圓環(huán)平面保持水平)，環(huán)的直徑略大于小球直徑，如圖 738 所示要使小球能準(zhǔn)確進(jìn)入圓環(huán)，可在空間分布勻強(qiáng)電場，請求出：(1)相應(yīng)的電場強(qiáng)度 E 的大小和方向；(2)相應(yīng)的小球到圓環(huán)的時(shí)間 t.(已知 ，小球所受重力不能忽略)圖 738所以 E0，假設(shè)成立熱點(diǎn)1 電容器的動(dòng)態(tài)分析【例 1】(單選)(2010 年重慶卷)某電容式話筒的原理示意圖如圖 739 所示，E 為電源，R 為電阻，薄片 P 和 Q 為兩金屬極板對著話筒說話時(shí)，P 振動(dòng)而 Q 可視為不動(dòng)在 P、Q 間距

9、增大過程中()圖 739AP、Q 構(gòu)成的電容器的電容增大BP 上電荷量保持不變CM 點(diǎn)的電勢比 N 點(diǎn)的低DM 點(diǎn)的電勢比 N 點(diǎn)的高D解析：電容式話筒與電源串聯(lián)，電壓保持不變在P、Q間距增大過程中，根據(jù)電容決定式CS4kd得電容減小，又根據(jù)電容定義式CQU得電容器所帶電量減少，電容器的放電電流通過R的方向由M到N，所以M點(diǎn)的電勢比N點(diǎn)的高，D項(xiàng)正確 對電容器的動(dòng)態(tài)分析常與傳感器的有關(guān)知識相結(jié)合，在分析問題的時(shí)候同樣是先要判斷題目中描述的過程屬于電壓不變的情況還是電量不變的情況，再根據(jù)影響電容器的電容的因素進(jìn)行判斷1(單選)(2009 年天津卷)如圖 7310 所示，帶等量異種電荷的兩平行金屬

10、板在真空中水平放置，M、N 為板間同一電場線上的兩點(diǎn)，一帶電粒子(不計(jì)重力)以速度 vM 經(jīng)過 M 點(diǎn)在電場線上向下運(yùn)動(dòng)，且未與下板接觸，一段時(shí)間后，粒子以速度vN 折回 N 點(diǎn)則( )A粒子受電場力的方向一定由 M 指向 NB粒子在 M 點(diǎn)的速度一定比在 N 點(diǎn)的大C粒子在 M 點(diǎn)的電勢能一定比在 N 點(diǎn)的大D電場中 M 點(diǎn)的電勢一定高于 N 點(diǎn)的電勢圖 7310B解析：由粒子運(yùn)動(dòng)情況可知，其所受電場力方向應(yīng)由 N 指向 M，A 錯(cuò)；粒子運(yùn)動(dòng)過程中，到折回 N 前速度一直減小，顯然電場力做負(fù)功，電勢能增加，B 對 C 錯(cuò)；由于極板電性及粒子電性未明確，故無法判斷兩點(diǎn)電勢高低，D 錯(cuò)熱點(diǎn)2 帶

11、電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)【例 2】(單選)(2008 年全國卷)一平行板電容器的兩個(gè)極板水平放置，兩極板間有一帶電量不變的小油滴，油滴在極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)所受空氣阻力的大小與其速率成正比若兩極板間電壓為零，經(jīng)一段時(shí)間后，油滴以速率 v 勻速下降；若兩極板間的電壓為 U，經(jīng)一段時(shí)間后，油滴以速率 v 勻速上升若兩極板間電壓為U，油滴做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的大小、方向?qū)⑹? )A2v、向下C3v、向下B2v、向上D3v、向上C帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的問題包括常見的油滴問題和帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題；首先要對帶電體進(jìn)行受力分析，分析是否要考慮重力，分析帶電體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，是變速直線運(yùn)動(dòng)還是類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)題意，結(jié)合相

12、應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解 解析：當(dāng)不加電場時(shí)，油滴勻速下降，即 mgfkv；當(dāng)兩極板間電壓為U時(shí)，油滴向上勻速運(yùn)動(dòng)，即 F 電kvmg2kv；當(dāng)兩極間電壓為U時(shí)，電場力方向反向，大小不變，油滴向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)電mgkv，故 v3v，C 項(xiàng)正確2(單選)(2010 年珠海二模)如圖 7311 所示，電子在電勢差為 U1 的加速電場中由靜止開始加速，然后水平射入電勢差為 U2的兩塊平行金屬板間的電場，整個(gè)裝置處在真空中，在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)位移 y 變大的是( )圖 7311AU1 變大、U2 變大BU1變大、U2 變小CU1變小、U2 變大DU

13、1 變小、U2 變小C易錯(cuò)點(diǎn)：復(fù)合場中等效最高點(diǎn)、最低點(diǎn)分析【例 1】如圖 7312 所示，AB 為光滑水平面，BCD 為半徑為 R 的光滑豎直半圓軌道，直徑 BD 恰好豎直空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)為 E，現(xiàn)有一帶電為q、質(zhì)量為的小球從 A 以初速度 v0 沿水平面運(yùn)動(dòng)后滑上圓弧，AB 間的距離為L2R，要使小球恰能到達(dá) D 點(diǎn)，v0 至少為多少？圖 7312圖 7313 解決帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把電場力與重力的合力當(dāng)成一個(gè)新的場力，再找在該力做用下的等效最高點(diǎn)和最低點(diǎn)1(雙選)(豫南九校 2011 屆高三聯(lián)考)如圖 7314 所示，在場強(qiáng)大小為 E 的勻強(qiáng)電場中，一根不可伸長的絕緣細(xì)線一端拴一個(gè)質(zhì)量為 m、電荷量為 q 的帶負(fù)電小球，另一端固定在 O點(diǎn)把小球拉到使細(xì)線水平的位置 A，然后將小球由靜止釋放，小球沿弧線運(yùn)動(dòng)到細(xì)線與水平成60的位置 B 時(shí)速度為零以下說法正確的是( )圖 7314A小球重力與電場力