《高考物理知识复习与检测第六章静电场第3讲电容器带电粒子在电场中的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理知识复习与检测第六章静电场第3讲电容器带电粒子在电场中的运动（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动高考题源于教材重做教材经典习题过好双基关D基础知识梳理一、电容器i电容器的充、放电(i) 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.2公式o Q和c= 4nSd的比较(1) 定义式：g Q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.决定式：C= 4nkd， r为介电常数，S为极板正对面积，d为板间距离.二、 带电粒子在匀强电场中的运动示波管1直线问题：若不计粒子的
2、重力，则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的增量1 2 1 2(1)在匀强电场中：W qEd= qU= ?mv2mv .1 2 1 2 在非匀强电场中： W= qU= gmv qmv .2. 偏转问题(1) 条件分析：不计重力的带电粒子以速度Vo垂直于电场线方向飞入匀强电场. 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. 沿电场方向：做初速度为零的匀加速运动.3. 示波管的构造：电子枪，偏转电极，荧光屏.(如图1 所示)图1【深度思考】带电粒子在电场中运动时一定考虑受重力吗？答案 基本粒子：如电子、质子、 a粒子、离子等，除有说明或有明确的暗
3、示以外, 一般都不考虑重力（但并不忽略质量） 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，一般都不能 忽略重力.基础题组自测1. （教科版选修3- 1P40第9题）关于电容器的电容，下列说法中正确的是（）A. 电容器所带电荷量越多，电容越大B. 电容器两板间电压越低，其电容越大C. 电容器不带电时，其电容为零D. 电容器的电容只由它本身的特性决定答案 D2. （人教版选修3 1P32第1题）平行板电容器的一个极板与静电计的金属杆相连，另一个极板与静电计金属外壳相连.给电容器充电后，静电计指针偏转一个角度.以下情况中，静电计指针的偏角是增大还是减小？（1）把两板间的距离减小
4、；（2）把两板间的相对面积减小；（3）在两板间插入相对介电常数较大的电介质.答案（1）把两极板间距离减小，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电计指针偏角变小.（2）把两极板间相对面积减小，电容减小，电荷量不变，电压变大，静电计指针偏角变大.（3）在两极板间插入相对介电常数较大的电介质，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电 计指针偏角变小.3. （人教版选修3 1P39第2题）某种金属板 M受到某种紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，其速度大小也不相同.在M旁放置一个金属网 N如果用导线将MN连接起来，M射出的电子落到 N上便会沿导线返回 M从而形成电流.现在不把M N直接相
5、连，而按图2那样在M N之间加一个电压 U,发现当U 12.5 V时电流表中就没有电 流.已知电子的质量 me= 9.1 x 10 kg.图2问：被这种紫外线照射出的电子，最大速度是多少？(结果保留三位有效数字)答案 如果电子的动能减少到等于 0的时候，电子恰好没有到达 N板，则电流表中就没有电v=2X 12.5 X 1.6 X 100.91 x 10 - 30流.由 W0-Ekm, W=- eU,得一eU= 0-时一2mv26m/s2.10 x 10 m/s4. (人教版选修3 1P39第3题)先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场.进入时速度方向与板面平行，在下列两种情况下
6、， 分别求出离开时电子偏角的正切与 氢核偏角的正切之比.(1) 电子与氢核的初速度相同.(2) 电子与氢核的初动能相同.答案 设加速电压为 Ub偏转电压为 U,带电粒子的电荷量为q,质量为 m垂直进入偏转电场的速度为V0,偏转电场两极间距离为d,极板长为I，则：带电粒子在加速电场在偏转电场中运动的时间为中获得初动能1mv2= qU，粒子在偏转电场中的加速度=V，粒子离开偏转电场时沿静电力方向的速度vy= at = dmv，粒子离开偏转电场时速度方vy qUl向的偏转角的正切值tan e= v;= dmv(1)若电子与氢核的初速度相同，则tan e e mH tan e h m#tan e若电子
7、与氢核的初动能相同，则tK=1.抓住题眼亟审题总结解题技巧方法研透命题点命题点一平行板电容器的动态分析一、两类典型问题U保持不变.1电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差2 电容器充电后与电源断开，电容器两极所带的电荷量Q保持不变.二、动态分析思路1. U不变 根据 O先分析电容的变化，再分析 Q的变化.U 4 n kd根据E= U分析场强的变化.(3) 根据Ub= E d分析某点电势变化.2. Q不变(1) 根据C= Q=产名先分析电容的变化，再分析 U的变化.U 4 n kd(2) 根据E= U分析场强变化.d【例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
8、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 DP rS解析 由C=S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4 n kdU器接在恒压直流电源上，故 U不变，根据Q= CU可知，当C减小时，Q减小.再由E=：,由d于U与d都不变，故电场强度 E不变，选项 D正确.O题组阶梯突破1. 如图3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
9、 E表示两板间的电场强度，&表示点电荷在 P点的电势能，0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3A. 0增大，E增大B.0增大，E不变C. 0减小，丘增大D.0减小，E不变答案 DC rS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= 47kd可知，C变大；根据Q= CU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0减小;根据e= u q= cu c= nkd联立可得e= 4nkQ，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 丘不变；由以上分析可知，选项D正确.
10、A带负电，B带正电且与大地相接，两板间P点处固定一负电荷，设此时两极间的电势差为U, P点场强大小为 E电势为0 p,负电荷的电势能为 Ep，现将A、B两板水平错开一段距离（两板间距不变），下列说法正确的A. U变大，E变大C. 0 p变小，Ep变大答案 ACAn *+图4B. U变小，0 p变小D. 0 p变大,&变小2. （多选）如图4所示，A B为两块平行带电金属板,C r解析根据题意可知两极板间电荷量保持不变，当正对面积减小时，则由C= 4nkd可知电容减小，由U= C可知极板间电压增大，由 E=彳可知，电场强度增大，故 A正确；设P点的电势为0 p,则由题可知0 0 p= Ed是增大
11、的，则0 p定减小，由于负电荷在电势低的地方电势能一定较大，所以可知电势能&是增大的，故C正确.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合工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= F合, E= U v2m dvo 2= 2ad.3用功能观点分析匀强电场中：W= Eqd= qU= *mV并2非匀强电场中：W qUt氐一民【例2 在真空中水平放置平行板电容器，两极板间有一个带电油滴，电容器两板间距为d,当平行板电容器的电压为U0时，油滴保
12、持静止状态，如图5所示当给电容器突然充电使其电压增加 U时，油滴开始向上运动；经时间 t后，电容器突然放电使其电压减少 U2,又经过时间 t，油滴恰好回到原来位置假设油滴在运动过程中没有失去电荷，充电和放 电的过程均很短暂，这段时间内油滴的位移可忽略不计.重力加速度为g.求：图5(1)带电油滴所带电荷量与质量之比； 第一个 t与第二个 t时间内油滴运动的加速度大小之比；(3) U与 U之比.此明 油滴保持静止状态；恰好又回到原来位置.答案 (1)U (2)1 ：3(3)1 ：4亠U)q dg解析 (1)油滴静止时满足：mg= q匚，则-=d m U) 设第一个 t时间内油滴的位移为 X1,加速
13、度为a1,第二个 t时间内油滴的位移为 X2, 加速度为a2,则1 2 1 2X1 = 2 t , X2= V1 t 2a2A t且 V1 = a1 A t, X2= X1 解得 a1 : a2 = 1 : 3.(3) 油滴向上加速运动时:U+ A U q d mg= ma,ma油滴向上减速运动时:U)+ A U A Uamg- q= maA A U =d =ma34#A UA U A U解得A U =A U2 =0题组阶梯突破3. 如图6所示，一充电后的平行板电容器的两极板相距 I.在正极板附近有一质量为 M电荷 量为q(q0)的粒子；在负极板附近有另一质量为 m电荷量为一q的粒子.在电场力
14、的作2用下，两粒子同时从静止开始运动已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距I的5平面若两粒子间相互作用力可忽略不计重力，则M： m为()图6#A. 3 : 2 B . 2 : 1 C . 5 : 2 D . 3 ：1答案 A一一、Eq 2 Eqt2Eq解析 设电场强度为E,两粒子的运动时间相同，对M有，aM= , -1 =；对m有am=M 52Mm231=Eqm 联立解得m= 3, a正确.4如图7所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C,极板间的距离为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：图7(1) 小球到达小孔处的速度； 极板间电场强度的大小和电容器所带电荷量；(3)小球从开始下落运动到下极板处的时间. mg h + djmg h+ d答案(1) 2gh (2) qd cqh + d解析由v2= 2gh,得v =
