《浙江鸭高考物理大一轮复习第七章静电场第3讲电容器的电容带电粒子在电场中的运动学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江鸭高考物理大一轮复习第七章静电场第3讲电容器的电容带电粒子在电场中的运动学案（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲电容器的电容、带电粒子在电场中的运动考试标准知识内容考试要求说明电容器的电容c1.不要求应用平行板电容器电容的决定式进行计算2.示波管问题的分析与计算不涉及两个偏转电极同时加电压的情形3.解决带电粒子偏转运动问题只限于垂直电场方向入射且偏转电极加恒定电压的情形.带电粒子在电场中的运动d一、电容器1电容器的充、放电(1)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(2)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2公式C和C的比较(1)定义式：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
2、素决定的，与电容器是否带电及带电多少无关(2)决定式：C，r为电介质的相对介电常数，S为极板正对面积，d为板间距离自测1(2016浙江4月选考7)关于电容器，下列说法正确的是()A在充电过程中电流恒定B在放电过程中电容减小C能储存电荷，但不能储存电能D两个彼此绝缘又靠近的导体可视为电容器答案D解析由电容器的充、放电曲线可知，充电过程中，电流不断减小，A错误；电容是电容器储存电荷的本领，不随充、放电过程变化，B错误；电容器中的电场具有电场能，C错误；两个彼此绝缘又靠近的导体是可以储存电荷的，可视为电容器，D正确二、带电粒子在电场中的运动1加速问题若不计粒子的重力且无其他外力作用，则电场力对带电粒
3、子做的功等于带电粒子的动能的增量(1)在匀强电场中：WqEdqUmv2mv02.(2)在非匀强电场中：WqUmv2mv02.2带电粒子在电场中偏转的运动规律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，如图1.图1(1)沿初速度方向做匀速直线运动运动时间(2)沿电场力方向，做匀加速直线运动自测2如图2所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子的入射速度为原来的2倍，电子仍从正极板边缘射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板间的距离应变为原来的()图2A2倍B4倍C.D.答案C命题点一平行板电容器的动态分析1两类典型问题(1)电
4、容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变(2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变2动态分析思路(1)U不变根据C先分析电容的变化，再分析Q的变化根据E分析场强的变化根据UABEd分析某点电势变化(2)Q不变根据C先分析电容的变化，再分析U的变化根据E分析场强变化例1静电计是在验电器的基础上制成的，用其指针张角的大小来定性显示其金属球与外壳之间的电势差大小如图3所示，A、B是平行板电容器的两个金属极板，极板B固定，A可移动，开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度，则下列说法正确的是()图3A断开S后，将A向左移动少许，静电计指针张开的角度减小B断开S后，
5、将A向上移动少许，静电计指针张开的角度增大C保持S闭合，在A、B间插入一电介质，静电计指针张开的角度增大D保持S闭合，将变阻器滑动触头向右移动，静电计指针张开的角度减小答案B解析静电计的指针张开的角度与静电计金属球和外壳之间的电势差相对应，断开开关S后，将A向左移动少许，电容器的电荷量不变，由C知电容减小，由U知电势差增大，静电计指针张开的角度增大，A错；同理，断开S后，将A向上移动少许，电容减小，电势差增大，静电计指针张开的角度增大，B对；保持S闭合，无论是在A、B间插入一电介质，还是将滑动变阻器滑动触头向右或向左移动，静电计金属球和外壳之间的电势差均为路端电压，静电计指针张开的角度不变，C
6、、D错变式1一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上若将云母介质移出，则电容器()A极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大B极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大C极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变D极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变答案D解析由C可知，当将云母介质移出时，r变小，电容器的电容C变小；因为电容器接在恒压直流电源上，故U不变，根据QCU可知，当C减小时，Q减小，再由E，由于U与d都不变，故电场强度E不变，选项D正确变式2如图4所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地，在两极板间有一固定在P点的点电荷，以E表示两板
7、间的电场强度，Ep表示点电荷在P点的电势能，表示静电计指针的偏角若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则()图4A增大，E增大B增大，Ep不变C减小，Ep增大D减小，E不变答案D解析若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离，根据C可知，C变大；根据QCU可知，在Q一定的情况下，两极板间的电势差减小，则静电计指针偏角减小；根据E，QCU，C，联立可得E，可知E不变；P点离下极板的距离不变，E不变，则P点与下极板的电势差不变，P点的电势不变，故Ep不变；由以上分析可知，选项D正确变式3如图5所示，两块较大的金属板A、B相距为d，平行放置并与一电源相连，开关S闭合后，两板间
8、恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态，以下说法正确的是()图5A若将S断开，则油滴将做自由落体运动，G表中无电流B若将A向左平移一小段位移，则油滴仍然静止，G表中有ab的电流C若将A向上平移一小段位移，则油滴向下加速运动，G表中有ba的电流D若将A向下平移一小段位移，则油滴向上加速运动，G表中有ba的电流答案C解析由于油滴处于静止状态，所以qmg.若将S断开，由于电容器的电荷量不变，则电压U不变，油滴仍处于静止状态，选项A错误若将A向左平移一小段位移，则电容C变小，电压U不变，则QCU变小，所以电流由ba，此时油滴仍静止，选项B错误若将A向上平移一小段位移，电容C变小，电压U不变，
9、则Q变小，所以电流由ba，此时qmg，油滴向下加速运动，选项C正确若将A向下平移一小段位移，电容C变大，电压U不变，则Q变大，所以电流由ab，此时qmg，油滴向上加速运动，选项D错误命题点二带电粒子在电场中的直线运动1做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F合0，粒子或静止，或做匀速直线运动(2)粒子所受合外力F合0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动2用动力学观点分析a，E，v2v022ad.3用功能观点分析匀强电场中：WEqdqUmv2mv02非匀强电场中：WqUEk2Ek1类型1带电粒子在匀强电场中的直线运动例2如图6所示，三块平行放置的带电金属薄板A
10、、B、C中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点由O点静止释放的电子恰好能运动到P点现将C板向右平移到P点，则由O点静止释放的电子()图6A运动到P点返回B运动到P和P点之间返回C运动到P点返回D穿过P点答案A解析根据平行板电容器的电容的决定式C、定义式C和匀强电场的电压与电场强度的关系式UEd可得E，可知将C板向右平移到P点，B、C两板间的电场强度不变，由O点静止释放的电子仍然可以运动到P点，并且会原路返回，故选项A正确变式4两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射入，最远到达A点，然后返回，如图7所示，h，此电子具有的初动能是()图7A.Be
11、dUhC.D.答案D解析由动能定理得：ehEk，所以Ek，故D正确类型2带电粒子在交变电场中的直线运动例3匀强电场的电场强度E随时间t变化的图象如图8所示当t0时，在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子(带正电)，设带电粒子只受电场力的作用，则下列说法中正确的是()图8A带电粒子将始终向同一个方向运动B2s末带电粒子回到原出发点C3s末带电粒子的速度不为零D03s内，电场力做的总功为零答案D解析由牛顿第二定律可知带电粒子在第1s内的加速度和第2s内的加速度的关系，因此粒子将先加速1s再减速0.5s，速度为零，接下来的0.5s将反向加速，vt图象如图所示，根据图象可知选项A错误；由图象可知前2s内
12、的位移为负，故选项B错误；由图象可知3s末带电粒子的速度为零，故选项C错误；由动能定理结合图象可知03s内，电场力做的总功为零，故选项D正确类型3带电粒子在电场力和重力作用下的直线运动问题例4(2017浙江4月选考8)如图9所示，在竖直放置间距为d的平行板电容器中，存在电场强度为E的匀强电场有一质量为m、电荷量为q的点电荷从两极板正中间处静止释放重力加速度为g.则点电荷运动到负极板的过程()图9A加速度大小为agB所需的时间为tC下降的高度为yD电场力所做的功为WEqd答案B解析点电荷受到重力、电场力的作用，所以a，选项A错误；根据运动独立性，水平方向点电荷的运动时间为t，则t2，解得t，选项
13、B正确；下降高度ygt2，选项C错误；电场力做功W，选项D错误变式5如图10所示，一带电液滴在重力和匀强电场对它的作用力作用下，从静止开始由b沿直线运动到d，且bd与竖直方向所夹的锐角为45，则下列结论不正确的是()图10A此液滴带负电B液滴的加速度大小为gC合力对液滴做的总功等于零D液滴的电势能减少答案C解析带电液滴由静止开始沿bd做直线运动，所受的合力方向必定沿bd直线，液滴受力情况如图所示，电场力方向水平向右，与电场方向相反，所以此液滴带负电，故选项A正确；由图知液滴所受的合力Fmg，其加速度为ag，故选项B正确；因为合力的方向与运动的方向相同，故合力对液滴做正功，故选项C错误；由于电场
14、力所做的功W电Eqxbdsin450，故电场力对液滴做正功，液滴的电势能减少，故选项D正确命题点三带电粒子在电场中的偏转1两个结论(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，偏移量和偏转角总是相同的证明：由qU0mv02yat2()2tan得：y，tan(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到偏转电场边缘的距离为.2功能关系当讨论带电粒子的末速度v时也可以从能量的角度进行求解：qUymv2mv02，其中Uyy，指初、末位置间的电势差例5质谱仪可对离子进行分析如图11所示，在真空状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器(可上下移动)已知a、b板间距为d，极板M、N的长度和间距均为L，a、b间的电压为U1，M、N间的电压为U2.不计离子重力及进入a板时的初速度求：图11(1)离子从b板小孔射出时的速度大小；(2)离子自a板小孔进入加速电场至离子到达探测
