新高考物理一輪復(fù)習(xí)提升練習(xí)導(dǎo)學(xué)案第33講 電容器和帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（原卷版）

第33講電容器和帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第33講電容器和帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)明確目標(biāo)確定方向1.理解電容器的基本概念，掌握好電容器的兩類動(dòng)態(tài)分析.2.能運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解解決帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題.3.用動(dòng)力學(xué)方法解決帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題． 【知識(shí)回歸】回歸課本夯實(shí)基礎(chǔ)第一部分基礎(chǔ)知識(shí)梳理一、電容器1.組成：由兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體組成。2.帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值。3工作：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異種電荷，電容器中儲(chǔ)存電場(chǎng)能。放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。[注2]二．電容1定義：電容器所帶的電荷量與電容器兩極板間的電勢(shì)差的比值。2定義式：C＝eq\f(Q,U)。[注3]3物理意義：表示電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量。4單位：法拉(F)，1F＝106μF＝1012pF。三．平行板電容器1影響因素：平行板電容器的電容與極板的正對(duì)面積成正比，與電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)成正比，與極板間距離成反比。2決定式：C＝eq\f(εrS,4πkd)，k為靜電力常量。四、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(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，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止。(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．帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)(1)條件：以速度v0垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，僅受電場(chǎng)力。(2)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。[注4](3)處理方法：運(yùn)動(dòng)的合成與分解。①沿初速度方向：做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②沿電場(chǎng)方向：做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。第二部分重難點(diǎn)辨析1．平行板電容器動(dòng)態(tài)變化的兩種情況(1)電容器始終與電源相連時(shí)，兩極板間的電勢(shì)差U保持不變。(2)充電后與電源斷開時(shí)，電容器所帶的電荷量Q保持不變。解決電容器問題的兩個(gè)常用技巧1.在電荷量保持不變的情況下，由E＝eq\f(U,d)＝eq\f(Q,Cd)＝eq\f(4πkQ,εrS)知，電場(chǎng)強(qiáng)度與板間距離無關(guān)。2.對(duì)平行板電容器的有關(guān)物理量Q、E、U、C進(jìn)行討論時(shí)，關(guān)鍵在于弄清哪些是變量，哪些是不變量，在變量中哪些是自變量，哪些是因變量，抓住C＝eq\f(εrS,4πkd)、Q＝CU和E＝eq\f(U,d)進(jìn)行判定即可?！镜淅治觥烤x例題提高素養(yǎng)多選【例1】．下列關(guān)于靜電場(chǎng)與磁場(chǎng)的應(yīng)用，正確的是（）A．圖甲為示波器的示波管，要使熒光屏中間的亮斑向上移動(dòng)，需使豎直偏轉(zhuǎn)板中上極板的電勢(shì)高于下極板的電勢(shì)B．圖乙為靜電除塵裝置，煤粉等粉塵在強(qiáng)大的電場(chǎng)作用下電離成正負(fù)離子分別吸附到B和A上C．圖丙是用來加速帶電粒子的回旋加速器示意圖，要使粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增大加速電場(chǎng)的電壓UD．圖丁是磁流體發(fā)電機(jī)示意圖，由圖可判斷通過電阻的電流方向向上多選【例2】．如圖所示，直流電源與一平行板電容器、理想二極管SKIPIF1<0正向電阻為零可以視為短路，反向電阻無窮大可以視為斷路SKIPIF1<0連接，二極管一端接地。閉合開關(guān)，電路穩(wěn)定后，一帶電油滴位于電容器中的P點(diǎn)且處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是（）

A．將平行板電容器下極板向下移動(dòng)，則P點(diǎn)的電勢(shì)不變B．將平行板電容器上極板向上移動(dòng)，則P點(diǎn)的電勢(shì)不變C．減小極板間的正對(duì)面積，帶電油滴會(huì)向上移動(dòng)D．無論哪個(gè)極板向上移動(dòng)還是向下移動(dòng)，帶電油滴都不可能向下運(yùn)動(dòng)【例3】．如圖甲所示為粒子直線加速器原理圖，它由多個(gè)橫截面積相同的同軸金屬圓筒依次組成，序號(hào)為奇數(shù)的圓筒與序號(hào)為偶數(shù)的圓筒分別和交變電源相連，交變電源兩極間的電勢(shì)差的變化規(guī)律如圖乙所示。在SKIPIF1<0時(shí)，奇數(shù)圓筒比偶數(shù)圓筒電勢(shì)高，此時(shí)和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號(hào)為0）的中央有一自由電子由靜止開始在各間隙中不斷加速。若電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，交變電源的電壓為U，周期為T。不考慮電子的重力和相對(duì)論效應(yīng)，忽略電子通過圓筒間隙的時(shí)間。下列說法正確的是（）A．電子在圓筒中也做加速直線運(yùn)動(dòng)B．電子離開圓筒1時(shí)的速度為SKIPIF1<0C．第n個(gè)圓筒的長度應(yīng)滿足SKIPIF1<0D．保持加速器筒長不變，若要加速比荷更大的粒子，則要調(diào)大交變電壓的周期【例4】．利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)來控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。圖1為電子槍的結(jié)構(gòu)示意圖，電子從金屬絲中發(fā)射出來（設(shè)電子剛剛離開金屬絲時(shí)的速度為零），經(jīng)電壓SKIPIF1<0加速后，從金屬板的小孔穿出。已知電子的質(zhì)量為SKIPIF1<0，電荷量為SKIPIF1<0，不計(jì)電子重力及電子間的相互作用力。（1）求電子從金屬板小孔穿出時(shí)的速度SKIPIF1<0的大小SKIPIF1<0（2）示波器中的示波管如圖2所示，兩板SKIPIF1<0和SKIPIF1<0間距為SKIPIF1<0，長度均為SKIPIF1<0，極板右側(cè)邊緣與屏相距SKIPIF1<0為兩極板間的中線并與屏垂直。從小孔穿出的電子束沿SKIPIF1<0射入電場(chǎng)中，若兩板間不加電場(chǎng)，電子打在屏上的SKIPIF1<0點(diǎn)。為了使電子打在屏上的SKIPIF1<0點(diǎn)，SKIPIF1<0與SKIPIF1<0相距SKIPIF1<0，則需要在兩極板間加多大的電壓SKIPIF1<0【鞏固練習(xí)】舉一反三提高能力多選1．通過手機(jī)內(nèi)電容式加速度傳感器可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)步數(shù)的測(cè)量，傳感器原理如圖，電容器的M極板固定，當(dāng)手機(jī)的加速度變化時(shí)，與彈簧相連的N極板只能按圖中標(biāo)識(shí)的“前后”方向運(yùn)動(dòng)，圖中R為定值電阻。下列對(duì)傳感器描述正確的是（）

A．靜止時(shí)，電流表示數(shù)為零，電容器M極板帶負(fù)電B．由靜止突然向前加速時(shí)，電容器的電容減小C．由靜止突然向前加速時(shí)，電流由b向a流過電流表D．保持向前勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電阻R以恒定功率發(fā)熱多選2．電荷控制式噴墨打印機(jī)的打印頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。其中墨盒可以噴出極小的墨汁微粒（重力不計(jì)），此微粒經(jīng)過帶電室后以一定的初速度垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后打到紙上，顯示出字符。已知偏移量越大打在紙上的字跡越大?，F(xiàn)要縮小字跡，下列措施可行的是（）A．增大墨汁微粒的比荷 B．增大墨汁微粒進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的初動(dòng)能C．增大偏轉(zhuǎn)極板的長度 D．增大偏轉(zhuǎn)極板間的間距多選3．如圖所示為陰極射線管的示意圖，當(dāng)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0兩極不加電壓時(shí)，電子束經(jīng)電場(chǎng)加速后打到熒屏中央O處形成亮斑。電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間很短，電子不會(huì)打到極板上。在其他條件不變的情況下，下列說法正確的是（）A．當(dāng)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0兩極加電壓時(shí)，亮斑出現(xiàn)在O點(diǎn)下方，則可判斷極板SKIPIF1<0帶負(fù)電B．當(dāng)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0兩極不加電壓時(shí)，如果增大加速電場(chǎng)的電壓，電子束依然打到熒屏的中央C．如果發(fā)現(xiàn)電子在熒屏上的亮斑向上移動(dòng)，則可判斷SKIPIF1<0、SKIPIF1<0之間的電勢(shì)差在減小D．當(dāng)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0兩極加電壓時(shí)，電子通過極板過程中電勢(shì)能增大4．如圖所示，一對(duì)面積較大的平行板電容器AB水平放置，A板帶正電荷，B板接地，P為兩板中點(diǎn)，再使A、B分別以中心點(diǎn)O、O?為軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)過一個(gè)相同的小角度θ，下列結(jié)論正確的是（）

A．電容器AB的電容不變 B．兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大C．兩板間的P點(diǎn)電勢(shì)增大 D．兩板間的P點(diǎn)電勢(shì)降低5．如圖兩塊相互靠近的平行金屬板組成的平行板電容器，極板N與靜電計(jì)相連，極板M與靜電計(jì)的外殼均接地，在兩板相距一定距離時(shí)，給電容器充電，靜電計(jì)指針張開一定角度，在下面的操作中將使靜電計(jì)指針張角變大的是（）

A．僅將M板向右平移 B．僅將M板向上平移C．僅在M、N之間插入一本書 D．將極板N接地6．如圖甲、乙、丙、丁是課本內(nèi)的幾幅插圖，下列說法正確的是（）

A．甲圖中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)不能進(jìn)入金屬網(wǎng)罩內(nèi)部B．乙圖的可變電容器的原理是改變鋁片之間距離從而達(dá)到改變電容的目的C．丙圖是卡文迪許扭秤，可以測(cè)量?jī)蓭щ娦∏蛑g的庫侖力D．丁圖中建筑物頂端的避雷針通過尖端放電，中和空氣中的電荷達(dá)到避免雷擊的目的7．可變電容器是一種電容可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的電容器，通過改變極極間相對(duì)的有效面積或極板間距離，它的電容就相應(yīng)地變化。通常在無線電接收電路中作調(diào)諧電容器用。如圖所示，水平放置的兩半圓形金屬極板由絕緣轉(zhuǎn)軸連接，下極板固定，上極板可以繞過圓心且垂直于半圓面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，也可上下平移，起初兩極板邊緣對(duì)齊，上極板通過開關(guān)S與電源正極相連，下極板接地后與電源負(fù)極相連，初始時(shí)開關(guān)S閉合，極板間有一帶電粒子P恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。忽略邊緣效應(yīng)，關(guān)于兩極板組成的電容器下列說法正確的是（）A．保持開關(guān)S閉合，若只將上極板轉(zhuǎn)過30°，則電容器電容增大B．保持開關(guān)S閉合，若只將上極板轉(zhuǎn)過30°，則電容器所帶電荷量不變C．保持開關(guān)S閉合，若只將上極板轉(zhuǎn)過30°，則電容器兩極板連線中點(diǎn)處電勢(shì)變小D．?dāng)嚅_開關(guān)S，只將板間距變?yōu)樵瓉淼亩?，則帶電粒子仍處于靜止?fàn)顟B(tài)8．傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。如圖所示是測(cè)定液面高度h的電容式傳感器示意圖，E為電源，G為靈敏電流計(jì)，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體。已知電流從靈敏電流計(jì)左邊接線柱流進(jìn)電流計(jì)，指針向左偏。如果在導(dǎo)電液體的深度h發(fā)生變化時(shí)觀察到指針正向左偏轉(zhuǎn)，則（）A．導(dǎo)體芯A所帶電荷量在增加，液體的深度h在增大B．導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小，液體的深度h在增大C．導(dǎo)體芯A所帶電荷量在增加，液體的深度h在減小D．導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小，液體的深度h在減小9．一對(duì)平行正對(duì)的金屬板C、D接入如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，C板固定，D板可左右平行移動(dòng)，閉合開關(guān)，一段時(shí)間后再斷開開關(guān)，從C板發(fā)射一電子，恰能運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)后再返回，已知A到D板的距離是板間距離的三分之一，電子質(zhì)量為m，電荷量為-e，忽略電子的重力，則（）

A．設(shè)定C板電勢(shì)為0，電子在A點(diǎn)的電勢(shì)能為SKIPIF1<0B．若要讓電子能夠到達(dá)D板，可將D板向左平移至A點(diǎn)或A點(diǎn)左側(cè)某位置C．若要讓電子能夠到達(dá)D板，可將D板向右平移至某位置D．若要讓電子能夠到達(dá)D板，可閉合開關(guān)，再將D板向右平移至某位置10．如圖所示，一帶負(fù)電粒子以某速度進(jìn)入水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，在電場(chǎng)力作用下形成圖中所示的運(yùn)動(dòng)軌跡。M和N是軌跡上的兩點(diǎn)，其中M點(diǎn)是軌跡的最右點(diǎn)。不計(jì)重力，下列表述正確的是（）

A．粒子在M點(diǎn)的速率最大B．粒子所受電場(chǎng)力的方向向右C．粒子在電場(chǎng)中的加速度不變D．粒子在電場(chǎng)中的電勢(shì)能始終在增加11．如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，質(zhì)量為m的帶電小球，以初速度v從M點(diǎn)豎直向上運(yùn)動(dòng)，通過N點(diǎn)時(shí)，速度大小為2v，方向與電場(chǎng)方向相反，則小球從M運(yùn)動(dòng)到N的過程（）

A．動(dòng)能增加SKIPIF1<0 B．機(jī)械能增加SKIPIF1<0C．重力勢(shì)能增加SKIPIF1<0 D．電勢(shì)能增加SKIPIF1<012．如圖所示，空間有范圍足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，方向與水平方向夾角為45°，一質(zhì)量為m、電荷量SKIPIF1<0的帶正電小球（可視為質(zhì)點(diǎn)），從A點(diǎn)以初速度SKIPIF1<0豎直向上拋出，經(jīng)過一段時(shí)間后運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)在同一電場(chǎng)線上，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力，帶電小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)過程中（）

A．用時(shí)為SKIPIF1<0 B．機(jī)械能增加SKIPIF1<0C．電勢(shì)能減少SKIPIF1<0 D．動(dòng)能增加SKIPIF1<013．如圖所示，真空?qǐng)A柱形空腔上、下底面為金屬導(dǎo)體平板，兩平板距離為d，側(cè)面為絕緣玻璃。將空腔上、下底面分別連接于電源正、負(fù)電極（圖中未