《新高考物理一轮复习精品讲义专题7.3 电容器、带电粒子在电场中的运动（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习精品讲义专题7.3 电容器、带电粒子在电场中的运动（含解析）（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题7.3 电容器、带电粒子在电场中的运动【讲】目录一 讲核心素养1二 讲必备知识1【知识点一】平行板电容器及其动态分析问题1【知识点二】带电粒子在电场中的直线运动4【知识点三】带电粒子在电场中的偏转运动6三讲关键能力-带电粒子在电场中的力电综合问题10【能力点一】带电粒子在交变电场中的运动10【能力点二】电场中的力、电综合问题12四讲模型思想-等效重力场模型15一 讲核心素养1.物理观念：电容器及电容。观察常见电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。2.科学思维：带电粒子（带电体）在电场中的运动。(1).会用动力学观点和能量观点解决电场作用下的直线运动.(
2、2)应用带电粒子在匀强电场中的偏转规律解决问题、会分析带电粒子在重力、电场力作用下的偏转。3.科学态度与责任：静电现象应用与安全。(1).了解生产生活中关于静电的利用与防护的实例。(2)能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象。二 讲必备知识【知识点一】平行板电容器及其动态分析问题1两类典型问题(1)电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和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和C，先分析电
3、容的变化，再分析U的变化。根据E分析场强变化。【例1】(多选)(2021安徽合肥市第二次教学质检)如图所示，平行板电容器带电后，静电计的指针偏转一定角度。若不改变电容器的带电荷量，下列操作可能使静电计指针的偏转角度变小的是()A.将左极板向左移动少许，同时在两极板之间插入电介质B.将左极板向左移动少许，同时取出两极板之间的金属板C.将左极板向左移动少许，同时在两极板之间插入金属板D.将左极板向下移动少许，同时取出两极板之间的电介质【答案】AC【解析】将左极板向左移动少许，则d变大，同时在两极板之间插入电介质，根据C可知C可能变大，根据QCU可知，U可能减小，即静电计指针的偏转角度可能变小，选项
4、A正确；将左极板向左移动少许，则d变大，同时取出两极板之间的金属板，则也相当于d变大，根据C可知C一定变小，根据QCU可知，U变大，即静电计指针的偏转角度变大，选项B错误；将左极板向左移动少许，则d变大，同时在两极板之间插入金属板，则相当于d变小，根据C可知C可能变大，根据QCU可知，U可能变小，即静电计指针的偏转角度可能变小，选项C正确；将左极板向下移动少许，则S减小，同时取出两极板之间的电介质，根据C可知C一定减小，根据QCU可知，U一定变大，即静电计指针的偏转角度一定变大，选项D错误。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。【方法总结】电容器动态变化的分析思路【变式训练1
5、】(多选)(2021福建南平市第一次质检)如图所示，一水平放置的平行板电容器与电源相连。开始时开关闭合，一带电油滴沿两极板中心线方向以某一初速度射入，恰好沿中心线通过电容器。则下列判断正确的是()A.保持开关闭合，将B板竖直向上平移一小段距离，粒子可能打在电容器的A板上B.保持开关闭合，将B板竖直向上平移一小段距离，粒子仍能沿原中心线通过电容器C.断开开关，将B板竖直向上平移一小段距离，粒子可能打在电容器的A板上D.断开开关，将B板竖直向上平移一小段距离，粒子仍能沿原中心线通过电容器【答案】AD【解析】开始时，油滴能沿直线飞过两板，可知油滴受向下的重力和向上的电场力平衡，油滴带负电；若保持开关
6、闭合，将B板竖直向上平移一小段距离，根据E可知，两板间场强变大，粒子受向上的电场力变大，粒子向上偏转，则粒子可能打在电容器的A板上，选项A正确，B错误；断开开关，则两板带电荷量不变，根据C、E以及C 可知E，则将B板竖直向上平移一小段距离，两板间场强不变，粒子受电场力不变，则粒子仍能沿原中心线通过电容器，选项C错误，D正确。【变式训练2】如图所示，甲图中电容器的两个极板和电源的两极相连，乙图中电容器充电后断开电源。在电容器的两个极板间用相同的悬线分别吊起完全相同的带电小球，小球静止时悬线和竖直方向的夹角均为，将两图中的右极板向右平移时，下列说法正确的是()甲乙A甲图中夹角减小，乙图中夹角增大B
7、甲图中夹角减小，乙图中夹角不变C甲图中夹角不变，乙图中夹角不变D甲图中夹角减小，乙图中夹角减小【答案】B【解析】由题图可知，甲图中的电容器和电源相连，所以电容器两极板间的电压不变，当极板间的距离增大时，根据E可知，极板间的电场强度减小，电场力减小，所以夹角将减小；乙图中电容器充电后断开电源，电容器两极板所带的电荷量不变，根据C，极板间的电压U，极板间的电场强度E，电场强度与两极板间距离无关，故夹角不变，B正确。【知识点二】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且与初速度共线，带电粒子将做加速直线运动或减速直线运
8、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【例1】(2021广西南宁市期中)一匀强电场，场强方向是水平的，如图所示，一个质量为m、电荷量为q的带正电的小球，从O点出发，初速度的大小为v0，在电场力和重力作用下恰好能沿与场强的反方向成角做直线运动，重力加速度为g，求：(1)电场强度的大小；(2)小球运动到最高点时其电势能与O点的电势能之差【答案】(1)(2)mv02cos2【解析】(1)小球做直线运动，所受的电场力qE和重力mg的合力必沿此直线方向如图所示，由几何关系可知mgqEtan 解得E.(2)小球做
9、匀减速直线运动，由牛顿第二定律可得ma设从O点到最高点的位移为x，根据运动学公式可得v022ax联立可得x运动的水平距离lxcos 两点间的电势能之差WEql联立解得Wmv02cos2.【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。【技巧方法】带电粒子在电场中做直线运动的分析方法：【变式训练1】(多选)(2021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
10、，则()A板间电场强度大小为100 V/mB板间电场强度大小为141 V/mC板与水平方向的夹角30D板与水平方向的夹角45【答案】AD【解析】因为小球从孔P水平飞入两板之间，沿水平方向运动，小球受力如图所示设板间匀强电场的场强为E，板与水平方向的夹角为，在竖直方向由平衡条件得Eqcos mg，在水平方向由动量定理得Eqtsin 2mv0，解得E 100 V/m，tan 1，即45，A、D正确【变式训练2】(2021福建漳州市第一次教学质检)如图所示，倾斜放置的平行板电容器两极板与水平面夹角为，极板间距为d，带负电的微粒质量为m、带电荷量为q，从极板M的左边缘A处以初速度v0水平射入，沿直线运
11、动并从极板N的右边缘B处射出，重力加速度为g，则()A微粒到达B点时动能为mv02B微粒的加速度大小等于gsin C两极板的电势差UMND微粒从A点到B点的过程，电势能减少【答案】C【解析】微粒仅受电场力和重力，电场力方向垂直于极板，重力的方向竖直向下，微粒做直线运动，合力方向沿水平方向，由此可知，电场力方向垂直于极板斜向左上方，合力方向水平向左，微粒做减速运动，微粒到达B点时动能小于mv02，选项A错误；根据qEsin ma，qEcos mg，解得E，agtan ，选项B错误；两极板的电势差UMNEd，选项C正确；微粒从A点到B点的过程，电场力做负功，电势能增加，电势能增加量qUMN，选项D
12、错误【知识点三】带电粒子在电场中的偏转运动1带电粒子在电场中的偏转规律2处理带电粒子的偏转问题的方法(1)运动的分解法一般用分解的思想来处理，即将带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动(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：qUymv2mv，其中Uyy，指初、末位置间的电势差【例1】(2021江苏常州市期中)如图所示，距离为d的平行金属板A、B间的电场强度为E，B板接地靠近A板的M点有一放射源，能向各个方向发射质量为m、电荷量为e的带电粒子，可以探测到B板上以N点为圆心、半径为r的圆形区域内都有带电粒子到达，粒子重力不计求
13、：(1)粒子运动加速度的大小a；(2)粒子初速度的最大值v0；(3)粒子到达B板的最大动能Ekm.【答案】(1)(2)r(3)eEd【解析】(1)由eEma得粒子的加速度大小a.(2)粒子初速度的方向平行于A板，做类平抛运动，打到B板距离N点最远时的初速度最大水平方向：dat2竖直方向：rv0t解得v0r(3)由动能定理得eEdEkmmv02解得，EkmeEd.【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念、科学思维。【方法技巧】分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题的关键(1)条件分析：不计重力，且带电粒子的初速度v0与电场方向垂直，则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动。(2)运动分析：
14、一般用分解的思想来处理，即将带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动。【变式训练1】(2021江西吉安一中段考)如图所示，虚线MN左侧有一场强为E1E的匀强电场，在两条平行的虚线MN和PQ之间存在着宽为L、电场强度为E22E的匀强电场，在虚线PQ右侧相距为L处有一与电场E2平行的屏现将一电子(电荷量为e，质量为m，不计重力)无初速度地放入电场E1中的A点，A点到MN的距离为，最后电子打在右侧的屏上，AO连线与屏垂直，垂足为O，求：(1)电子从释放到打到屏上所用的时间t；(2)电子刚射出电场E2时的速度方向与AO连线夹角的正切值tan ；(3)电子打到屏上的点P(图中未标出)到点O的距离x.【答案】(1)3(2)2(3)3L【解析】(1)电子在电场E1中做初速度为零的匀加速直线运动，设加速度为a1，时间为t1，由牛顿第二定律得：a1由xat2得：a1t电子进入电场E2时的速度为：v1a1t1进入电场E2到屏水平方向做匀速直线运动，时间为：t22t2电子从释放到打到屏上所用的时间为：tt1t2联立求解得：t3；(2)设粒子射出电场E2时平行电场方向的速度为vy，由牛顿第二定律得：电子进入电场E2时的加速度为：a2vya2t2电子刚射出电场E2时的速度方向与AO连线
