《专题23电容器、带电粒子在电场中的运动（解析版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题23电容器、带电粒子在电场中的运动（解析版）（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2021届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题23 电容器、带电粒子在电场中的运动【专题导航】目录热点题型一平行板电容器及其动态分析问题1U不变时电容器的动态分析2Q不变时电容器的动态分析3平行板电容器中带电粒子的问题分析4热点二带电粒子在电场中的直线运动6电容器中直线运动6带电粒子在匀强电场中的直线运动7带电粒子在交变电场中的直线运动9热点题型三带电粒子在电场中的偏转运动10热点题型四带电粒子在交变电场中的运动15粒子做直线往返运动16粒子做偏转运动问题17热点题型五带电体在电场、重力场中的运动20带电体在电场、重力场中运动的动力学问题20带电体在电场、重力场中运动的动量和能量问题22
2、等效重力场问题27【题型归纳】热点题型一平行板电容器及其动态分析问题1分析思路(1)先确定是Q还是U不变：电容器保持与电源连接，U不变；电容器充电后与电源断开，Q不变(2)用决定式C确定电容器电容的变化(3)用定义式C判定电容器所带电荷量Q或两极板间电压U的变化(4)用E分析电容器极板间场强的变化2两类动态变化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U不变时电容器的动态分析【例1】.(2020江苏苏州期末)如图所示电路中，A、B是构成平行板电容器
3、的两金属极板，P为其中的一个定点将开关S闭合，电路稳定后将A板向上平移一小段距离，则下列说法正确的是()A电容器的电容增加 B在A板上移过程中，电阻R中有向上的电流CA、B两板间的电场强度增大 DP点电势升高【答案】B.【解析】：根据C，当A板向上平移一小段距离，间距d增大，其他条件不变，则导致电容变小，故A错误；在A板上移过程中，导致电容减小，由于极板电压不变，那么电荷量减小，因此电容器处于放电状态，电阻R中有向上的电流，故B正确；根据E 与C 相结合可得E，由于电荷量减小，场强大小变小，故C错误；因场强变小，导致P点与B板的电势差减小，因B板接地，电势为零，即P点电势降低，故D错误【变式1
4、】(2020湖南长沙模拟)利用电容传感器可检测矿井渗水，及时发出安全警报，从而避免事故的发生；如图所示是一种通过测量电容器电容的变化来检测矿井中液面高低的仪器原理图，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体(矿井中含有杂质的水)，A、C构成电容器已知灵敏电流表G的指针偏转方向与电流方向的关系：电流从哪侧流入电流表则电流表指针向哪侧偏转若矿井渗水(导电液体深度增大)，则电流表()A指针向右偏转，A、C构成的电容器充电 B指针向左偏转，A、C构成的电容器充电 C指针向右偏转，A、C构成的电容器放电 D指针向左偏转，A、C构成的电容器放电【答案】：B【解析】：由图可知，液体与芯柱
5、构成了电容器，由图可知，两板间距离不变；液面变化时只有正对面积发生变化；则由C可知，当液面升高时，只能是正对面积S增大；故可判断电容增大，再依据C和电势差不变，可知电容器的电荷量增大，因此电容器处于充电状态，因电流从哪侧流入电流表则电流表指针向哪侧偏转，因此指针向左偏转，故A、C、D错误，B正确【变式2】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】：平行板电容器接在电压恒
6、定的直流电源上，电容器两极板之间的电压U不变若将云母介质移出，电容C减小，由C可知，电容器所带电荷量Q减小，即电容器极板上的电荷量减小由于U不变，d不变，由E可知，极板间电场强度E不变，选项D正确，A、B、C错误Q不变时电容器的动态分析【例2】(2020甘肃西北师大附中模拟)如图所示，平行板电容器充电后与电源断开，正极板接地，两板间有一个带负电的试探电荷固定在P点静电计的金属球与电容器的负极板连接，外壳接地以E表示两板间的场强，表示P点的电势，Ep表示该试探电荷在P点的电势能，表示静电计指针的偏角若保持负极板不动，将正极板缓慢向右平移一小段距离(静电计所带电荷量可忽略不计)，各物理量变化情况描
7、述正确的是()AE增大，降低，Ep减小，增大 BE不变，降低，Ep增大，减小CE不变，升高，Ep减小，减小 DE减小，升高，Ep减小，减小【答案】C.【解析】：将正极板适当向右水平移动，两板间的距离减小，根据电容的决定式C 可知，电容C增大，因平行板电容器充电后与电源断开，则电容器的电荷量Q不变，由C 得知，板间电压U减小，因此夹角减小，再依据板间场强E，可见E不变；P点到正极板距离减小，且正极接地，由公式UEd得知，P点的电势升高；负电荷在P点的电势能减小，故A、B、D错误，C正确【变式1】如图所示，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
8、个固定在P点的点电荷，以E表示两板间的电场强度，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()A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】：平行板电容器带有等量异种电荷，当极板正对面积不变时，两极板之间的电场强度E不变保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至题图中虚线位置，由UEd可知，两极板之间的电势差减小，静电计指针的偏角减小，由于下极板接地(电势为零)，两极板之间的电场强度不变，所以点电荷在P点的电势能Ep不变综上所述，选项D正确【变式2】(2020安徽安庆市二模)如图所
9、示，一水平放置的平行板电容器与电源相连，开始时开关闭合一带电粒子沿两极板中心线方向以一初速度射入，恰好沿中心线通过电容器则下列判断正确的是()A粒子带正电B保持开关闭合，将B板向上平移一定距离，可使粒子沿轨迹运动C保持开关闭合，将A板向上平移一定距离，可使粒子仍沿轨迹运动D断开开关，将B板向上平移一定距离，可使粒子沿轨迹运动【答案】B【解析】开关闭合时，粒子做匀速直线运动，电场力与重力平衡，A极板和电源正极相连，所以场强方向向下，故粒子带负电，A错误；保持开关闭合，电容器两端电压不变，B板上移，板间距d变小，由公式E知场强增大，电场力大于重力，粒子可沿轨迹运动，故B正确；保持开关闭合，将A板向
10、上平移一定距离，板间距d增大，由公式E知场强减小，电场力小于重力，所以粒子向下偏转，故C错误；断开开关，电容器电荷量不变，将B板向上平移一定距离，由公式C，C，E得，E，与板间距离无关，故场强不变，所以粒子沿轨迹运动，故D错误平行板电容器中带电粒子的问题分析【例3】(2018高考全国卷)如图，一平行板电容器连接在直流电源上，电容器的极板水平；两微粒a、b所带电荷量大小相等、符号相反，使它们分别静止于电容器的上、下极板附近，与极板距离相等现同时释放a、b，它们由静止开始运动，在随后的某时刻t，a、b经过电容器两极板间下半区域的同一水平面，a、b间的相互作用和重力可忽略下列说法正确的是()Aa的质
11、量比b的大 B在t时刻，a的动能比b的大C在t时刻，a和b的电势能相等 D在t时刻，a和b的动量大小相等【答案】：BD【解析】：根据题述可知，微粒a向下加速运动，微粒b向上加速运动，根据a、b经过电容器两极板间下半区域的同一水平面，可知a的加速度大小大于b的加速度大小，即aaab.对微粒a，由牛顿第二定律，qEmaaa，对微粒b，由牛顿第二定律，qEmbab，联立解得，由此式可以得出a的质量比b小，选项A错误；在a、b两微粒运动过程中，a微粒所受合外力(电场力)等于b微粒，a微粒的位移大于b微粒，根据动能定理，在t时刻，a的动能比b大，选项B正确；由于在t时刻两微粒经过同一水平面，电势相等，电
12、荷量大小相等，符号相反，所以在t时刻，a和b的电势能不等，选项C错误；由于a微粒受到的合外力(电场力)等于b微粒受到的合外力(电场力)，根据动量定理，在t时刻，a、b微粒的动量大小相等，选项D正确【变式1】(2018江苏高考)如图所示，水平金属板A、B分别与电源两极相连，带电油滴处于静止状态。现将B板右端向下移动一小段距离，两金属板表面仍均为等势面，则该油滴()A仍然保持静止 B竖直向下运动C向左下方运动 D向右下方运动【答案】D【解析】由于水平金属板A、B分别与电源两极相连，两极板之间的电势差不变，将B板右端向下移动一小段距离，极板之间的电场强度将减小，油滴所受电场力减小，且电场力方向斜向右
13、上方向，则油滴所受的合外力斜向右下方，所以该油滴向右下方运动，选项D正确。【变式2】(多选)如图所示，平行板电容器A、B间有一带电油滴P正好静止在极板正中间，现将B极板匀速向下移动到虚线位置，其他条件不变。则在B极板移动的过程中()A油滴将向下做匀加速运动 B电流计中电流由b流向aC油滴运动的加速度逐渐变大 D极板带的电荷量减少【答案】CD【解析】由C可知，d增大，电容器电容C减小，由QCU可知，电容器的电荷量减少，电容器放电，电流由a流向b，选项D正确，B错误；由E可知，在B板下移过程中，两板间场强逐渐减小，由mgEqma可知油滴运动的加速度逐渐变大，选项C正确，A错误。热点二带电粒子在电场
14、中的直线运动1用动力学观点分析a，E，v2v2ad2用功能观点分析匀强电场中：WqEdqUmv2mv非匀强电场中：WqUEk2Ek1电容器中直线运动【例4】(2015全国卷)如图，两平行的带电金属板水平放置若在两板中间a点从静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态，现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45，再由a点从静止释放一同样的微粒，该微粒将()A保持静止状态B向左上方做匀加速运动C向正下方做匀加速运动 D向左下方做匀加速运动【答案】D【解析】：最初带电微粒处于静止状态，受力如图，(1)Eqmg；当两板绕过a点的轴逆时针转过45时，带电微粒的受力如图(2)，其合力指向左下方，故微粒从静止开始向左下方做匀加速运动，选项D正确【变式1】(多选)(2020株洲检测)如图所示，在真空中倾斜平行放置着两块带有等量异号电荷的金属板A、B，板与水平方向的夹角为，一个电荷量q1.41104 C、质量m1 g的带电小球，自A板上的孔P以水平速度v00.1 m/s飞入两板之间的电场，经0.02 s后未与B板相碰又回到孔P，g取10 m/s2，则()A
