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1、新高考物理二轮复习第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动板块一主干梳理夯实基础【知识点1】常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系1.电容器(1)组成：由两个彼此绝缘又相互靠近的导体组成。(2)带电量：一个极板所带电荷量的绝对值。(3)电容器的充电、放电充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。充电时电流流入正极板，放电时电流流出正极板。2常见的电容器(1)分类：从构造上可分为固定电容器和可变电容器。(2)击穿电压：加在电容器极板上的极限电压，超过这个电压，电介质将被击穿，电
2、容器损坏；电容器外壳上标的电压是额定电压，这个电压比击穿电压低。3电容(1)定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值。(2)定义式：C。(3)单位：法拉(F)，1 F106 F1012 pF。(4)电容与电压、电荷量的关系电容C的大小由电容器本身结构决定，与电压、电荷量无关。不随Q变化，也不随电压变化。由C可推出C。4平行板电容器及其电容(1)影响因素：平行板电容器的电容与两极板正对面积成正比，与两极板间介质的介电常数成正比，与两板间的距离成反比。(2)决定式： C，k为静电力常量。【知识点2】带电粒子在匀强电场中的运动1加速问题若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做的功等于
3、带电粒子的动能的增量。(1)在匀强电场中：WqEdqUmv2mv；(2)在非匀强电场中：WqUmv2mv。2偏转问题(1)条件分析：不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场。(2)运动性质：类平抛运动。(3)处理方法：利用运动的合成与分解。 沿初速度方向：做匀速直线运动，运动时间t。沿电场方向：做初速度为零的匀加速运动。基本过程，如图所示【知识点3】示波管 1构造示波管的构造如图所示，它主要由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。2工作原理(1)如果偏转电极XX和YY之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。(2)示波管的YY偏转
4、电极上加的是待显示的信号电压，XX偏转电极上加的是仪器自身产生的锯齿形电压，叫做扫描电压。若所加扫描电压和信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。板块二考点细研悟法培优考点1 平行板电容器的两类动态变化问题 对比分析1对公式C的理解电容C，不能理解为电容C与Q成正比、与U成反比，一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的，与电容器是否带电及带电多少无关。2运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路(1)确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变。(2)用决定式C分析平行板电容器电容的变化。(3)用定义式C分析电容器所带电荷量或两极板间电压
5、的变化。(4)用E分析电容器两极板间电场强度的变化。3电容器两类问题的比较分类充电后与电池两极相连充电后与电池两极断开不变量UQd变大C变小Q变小、E变小C变小U变大、E不变S变大C变大Q变大、E不变C变大U变小、E变小r变大C变大Q变大、E不变C变大U变小、E变小例12017山东菏泽模拟如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地。一带电油滴位于两极板间的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离()A带电油滴将沿竖直方向向上运动BP点的电势将降低C带电油滴的电势能将减少D电容器的电容减小，极板带电荷量将增大(1)电容器与电源连接，不变
6、量是电压还是电荷量？提示：电压。(2)电压不变时，如何判断场强变化？提示：依据E判断。尝试解答选B。电容器上极板接电源正极，则板间场强方向竖直向下。由于带电油滴在P点恰好处于平衡状态，受力分析如图所示，则油滴带负电。上极板上移，板间距离d变大，板间电压E不变，由E场，知E场变小，油滴向下运动，A选项错误；P点电势等于P点与下极板间电势差，由UE场d知，U变小，则P点电势降低，故B选项正确；电势能Epq，负电荷在电势低的地方电势能大，则带电油滴的电势能将增加，故C选项错误；电容C，d增大，则C减小，由QCUCE，知Q减小，所以D选项错误。总结升华平行板电容器问题的分析(1)平行板电容器动态变化的
7、两类题型电容器始终与电源相连，U恒定不变，则有QCUC，C，两板间场强E；电容器充完电后与电源断开，Q恒定不变，则有U，C，场强E。(2)分析平行板电容器的两个关键点确定不变量：首先要明确动态变化过程中的哪些量不变，是保持电量不变还是板间电压不变。恰当选择公式：要灵活选取电容的两个公式分析电容的变化，应用E可分析板间电场强度的变化情况。1(多选)一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一正电荷(电量很小)固定在P点，如图所示，以E表示两极板间的场强，U表示电容器的电压，W表示正电荷在P点的电势能。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则()AU变小，E不变 BE变大
8、，W变大CU变小，W不变 DU不变，W不变答案AC解析当平行板电容器充电后与电源断开时，带电量Q不变，两极板间场强E，所以E保持不变，由于板间距d减小，据UEd可知，电容器的电压U变小，A正确，B、D错误。由于场强E保持不变，因此，P点与接地的负极板即与地的电势差保持不变，即点P的电势保持不变，因此电荷在P点的电势能W保持不变，故C正确。2. 2017湖南株洲质检如图所示，R是一个定值电阻，A、B为水平正对放置的两块平行金属板，两板间有一带电微粒P处于静止状态，则下列说法正确的是()A若增大A、B两金属板的间距，有向右的电流通过电阻RB若增大A、B两金属板的间距，P将向上运动C若紧贴A板内侧插
9、入一块一定厚度的金属片，P将向上运动D若紧贴B板内侧插入一块一定厚度的陶瓷片，P将向上运动答案C解析电容器和电源相连，则两极板间的电压恒定，若增大A、B两金属板的间距，根据公式C可知，电容减小，根据公式C，可得电容器两极板上所带电荷量减小，故电容器放电，R中有向左的电流，A项错误；由于两极板间的电压不变，若增大A、B两金属板的间距，根据公式E可得两极板间的电场强度减小，微粒P受到的电场力小于重力，将向下运动，B项错误；若紧贴A板内侧插入一块一定厚度的金属片，相当于两极板间的距离减小，则电场强度增大，电场力大于重力，P向上运动，C项正确；若紧贴B板内侧插入一块一定厚度的陶瓷片，相当于r增大，但两
10、极板间的电场强度不变，电场力不变，微粒P仍静止，D项错误。考点2 带电粒子在电场中的直线运动 拓展延伸1带电粒子在电场中运动时是否考虑重力的处理方法(1)基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)。(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都要考虑重力。2解决带电粒子在电场中的直线运动问题的两种思路(1)运动状态的分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一条直线上，做加(减)速直线运动。(2)用功与能的观点分析：电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的变化量，即qUmv2
11、mv。例22018潍坊月考如图所示，金属板A、B水平放置，两板中央有小孔S1、S2，A、B与直流电源连接。闭合开关，从S1孔正上方O处由静止释放一带电小球，小球刚好能到达S2孔，不计空气阻力，要使此小球从O点由静止释放后穿过S2孔，应()A仅上移A板适当距离B仅下移A板适当距离C断开开关，再上移A板适当距离D断开开关，再下移A板适当距离(1)电场力对小球做什么功？提示：负功。(2)断开开关，移动A板，板间场强如何变化？提示：不变。尝试解答选D。设板间距离为d，O距S1为h，电源电压为U，由题意知从O释放一带电小球到达S2孔速度为零，则电场力对小球做负功，由动能定理得：mg(hd)qU0，若仅上
12、移A板适当距离，两板间电压不变，仍满足mg(hd)qU0，小球仍刚好能到达S2，则A选项错误；若仅下移A板适当距离，到达S2处速度为零，故B选项错误；断开开关，Q不变，因E，则场强E不变，由动能定理得：mg(hd)Eqd0，将A板向上移适当距离，假设仍能到达S2处，则重力做功不变，电场力做功增多，故假设不成立，即到达不了S2处速度已为零，故C选项错误；若下移A板适当距离x，假设仍能到达S2处，则重力做功不变，电场力做功变少，所以总功为正功，到达S2处小球速度不为零，能够穿过S2孔，故D选项正确。总结升华带电体在电场中运动的分析方法解决此类问题的关键是灵活利用动力学方法分析，可以采用受力分析和运
13、动学公式相结合的方法进行解决，也可以采用功能结合的观点进行解决，往往优先采用动能定理。2014安徽高考如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间距离为d，上极板正中有一小孔。质量为m，电荷量为q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零(空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g)。求：(1)小球到达小孔处的速度；(2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量；(3)小球从开始下落至运动到下极板处的时间。答案(1)(2)C(3) 解析(1)由v22gh，得v。(2)在极板间带电小球受重力和电场力作用，由牛顿运动定律知：mgqEma由运动学公
14、式知：0v22ad整理得电场强度E由UEd，QCU，得电容器所带电荷量QC。(3)由hgt，0vat2，tt1t2整理得t。考点3 带电粒子在电场中的偏转 拓展延伸1基本规律设粒子带电荷量为q，质量为m，两平行金属板间的电压为U，板长为l，板间距离为d(忽略重力影响)，则有(1)加速度：a。(2)在电场中的运动时间：t。(3)速度v，tan。(4)位移2两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时的偏转角度和偏移量y总是相同的。证明：由qU0mv及tan，得tan。y。(2)粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点，即O到电场边缘的距离为。3在示波管模型中，带电粒子经加速电场U1加速，再经偏转电场U2偏转后，需要经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点P，如图所示。(1)确定最终偏移距离思路一：思路二：(2)确定偏转后的动能(或速度)思路一：思路二：例32016山东菏泽高三模拟(多选)如图所示，A板发出的电子经加速后，水平射入水平放置的两平行金属板间，金属板间所加的电压为U。电子最终打在荧光屏P上，关于电子的运动，下列说法
