高考物理一轮复习 第6章 静电场 基础课时18 电容器 带电粒子在电场中的运动课件

基础课时基础课时18电容器带电粒子在电电容器带电粒子在电 场中的运动场中的运动知识梳理知识梳理知识点一、常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系知识点一、常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系1.常见电容器常见电容器(1)组成：由两个彼此组成：由两个彼此_又相互又相互_的导体组成。的导体组成。(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的带电荷量：一个极板所带电荷量的_。(3)电容器的充、放电电容器的充、放电充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两板带上等量的充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两板带上等量的_，电容器中储存，电容器中储存_。放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中_转化为其他形式的能。转化为其他形式的能。绝缘绝缘靠近靠近绝对值绝对值异种电荷异种电荷电场能电场能电场能电场能2.电容电容(1)定义：电容器所带的定义：电容器所带的_Q与电容器两极板间的电与电容器两极板间的电势差势差U的比值。的比值。(2)定义式：定义式：C_。(3)物理意义：表示电容器物理意义：表示电容器_本领大小的物理量。本领大小的物理量。(4)单位：法拉单位：法拉(F)1 F_ F1012 pF电荷量电荷量容纳电荷容纳电荷1063.平行板电容器平行板电容器(1)影响因素：平行板电容器的电容与影响因素：平行板电容器的电容与_成正比，成正比，与电介质的与电介质的_成正比，与极板间距离成反比。成正比，与极板间距离成反比。知识点二、带电粒子在匀强电场中的运动知识点二、带电粒子在匀强电场中的运动极板的正对面积极板的正对面积相对介电常数相对介电常数思考思考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的关系怎样？说出理由？转电场射出时的偏转角度的关系怎样？说出理由？诊断自测诊断自测 1.(多选多选)有一只电容器的规格是有一只电容器的规格是“1.5 F，9 V”，那么，那么()A.这只电容器上的电荷量不能超过这只电容器上的电荷量不能超过1.5105 CB.这只电容器上的电荷量不能超过这只电容器上的电荷量不能超过1.35105 CC.这只电容器的额定电压为这只电容器的额定电压为9 VD.这只电容器的击穿电压为这只电容器的击穿电压为9 V解析解析9 V为电容器的额定电压为电容器的额定电压(或工作电压或工作电压)，正常工作时的，正常工作时的带电荷量带电荷量QCU1.51069 C1.35105 C，选项，选项B、C正确。正确。答案答案BC2.如图如图2所示，平行板电容器与电源相接，充电后切断电源，然后所示，平行板电容器与电源相接，充电后切断电源，然后将电介质插入电容器极板间，则两板间的电势差将电介质插入电容器极板间，则两板间的电势差U及板间场强及板间场强E的变化情况为的变化情况为()图图2A.U变大，变大，E变大变大B.U变小，变小，E变小变小C.U不变，不变，E不变不变D.U变小，变小，E不变不变答案答案B3.(多选多选)(2015江苏单科，江苏单科，7)一带正电的小球向右水平抛入范围一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场，电场方向水平向左。不计空气阻力，则足够大的匀强电场，电场方向水平向左。不计空气阻力，则小球小球()图图3A.做直线运动做直线运动 B.做曲线运动做曲线运动C.速率先减小后增大速率先减小后增大 D.速率先增大后减小速率先增大后减小解析解析对小球受力分析，小球受重力、电场力作用，合外力的对小球受力分析，小球受重力、电场力作用，合外力的方向与初速度的方向夹角为钝角，故小球做曲线运动，故方向与初速度的方向夹角为钝角，故小球做曲线运动，故A错错误，误，B正确；在运动的过程中合外力方向与速度方向间的夹角正确；在运动的过程中合外力方向与速度方向间的夹角先为钝角后为锐角，故合外力对小球先做负功后做正功，所以先为钝角后为锐角，故合外力对小球先做负功后做正功，所以速率先减小后增大，选项速率先减小后增大，选项C正确，正确，D错误。错误。答案答案BC4.(多选多选)(2016广州市综合测试广州市综合测试)如图如图4所示的阴极射线管，无偏转所示的阴极射线管，无偏转电场时，电子束加速后打到荧屏中央形成亮斑。如果只逐渐增电场时，电子束加速后打到荧屏中央形成亮斑。如果只逐渐增大大M1M2之间的电势差，则之间的电势差，则()图图4A.在荧屏上的亮斑向上移动在荧屏上的亮斑向上移动B.在荧屏上的亮斑向下移动在荧屏上的亮斑向下移动C.偏转电场对电子做的功增大偏转电场对电子做的功增大D.偏转电场的电场强度减小偏转电场的电场强度减小解析解析电子束在偏转电场中做类平抛运动，沿垂直电场方向电子束在偏转电场中做类平抛运动，沿垂直电场方向做匀速运动，故在电场中运动时间不变。电子在偏转电场中做匀速运动，故在电场中运动时间不变。电子在偏转电场中受向上的电场力，故向上偏转，受向上的电场力，故向上偏转，A项正确，项正确，B项错误；沿电场项错误；沿电场方向上，电子束做匀变速直线运动，两板间电压增大，偏转方向上，电子束做匀变速直线运动，两板间电压增大，偏转电场的场强增大，电场的场强增大，D项错误；电子所受电场力增大，因此加项错误；电子所受电场力增大，因此加速度增大，由位移公式可知，电子在电场中侧移量增大，由速度增大，由位移公式可知，电子在电场中侧移量增大，由功的定义式可知，电场力做功增大，功的定义式可知，电场力做功增大，C项正确。项正确。答案答案AC图图5【例【例1】(2015江西南昌二模江西南昌二模)如图如图6所示，平行板电容器与电动所示，平行板电容器与电动势为势为E的直流电源的直流电源(内阻不计内阻不计)连接，下极板接地。一带电油滴位连接，下极板接地。一带电油滴位于两板中央的于两板中央的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上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下移动一小段距离，则极板竖直向下移动一小段距离，则()图图6A.带电油滴将沿竖直方向向上运动带电油滴将沿竖直方向向上运动B.带电油滴将沿竖直方向向下运动带电油滴将沿竖直方向向下运动C.P点的电势将降低点的电势将降低D.电容器的电容减小，电容器的带电量将减小电容器的电容减小，电容器的带电量将减小答案答案A【拓展延伸】【拓展延伸】(1)在在【例【例1】中，试分析带电油滴运动过程中电势能和重力势中，试分析带电油滴运动过程中电势能和重力势能之和如何变化。能之和如何变化。(2)在在【例【例1】中，若电容器充电稳定后，断开电源，试分析当中，若电容器充电稳定后，断开电源，试分析当电容器下极板竖直向上移动一小段距离后，带电油滴将如何运电容器下极板竖直向上移动一小段距离后，带电油滴将如何运动，其电势能如何变化。动，其电势能如何变化。解析解析(1)带电油滴沿竖直方向向上运动的过程，只有电场力和带电油滴沿竖直方向向上运动的过程，只有电场力和重力做功，油滴的动能、重力势能和电势能的总和不变，油滴重力做功，油滴的动能、重力势能和电势能的总和不变，油滴的动能增大，故电势能和重力势能之和减小。的动能增大，故电势能和重力势能之和减小。答案答案(1)见解析见解析(2)见解析见解析方法总结方法总结两类典型的动态变化分析两类典型的动态变化分析【变式训练】【变式训练】1.(2015合肥质检合肥质检)如图如图7所示，所示，M、N是两块水平放置的平行金属是两块水平放置的平行金属板，板，R0为定值电阻，为定值电阻，R1、R2为可变电阻，开关为可变电阻，开关S闭合。质量为闭合。质量为m的带正电的微粒从的带正电的微粒从P点以水平速度点以水平速度v0射入金属板间，沿曲线打在射入金属板间，沿曲线打在N板上的板上的O点，若经下列调整后，微粒仍从点，若经下列调整后，微粒仍从P点以水平速度点以水平速度v0射射入，则关于微粒打在入，则关于微粒打在N板上的位置说法正确的是板上的位置说法正确的是()图图7A.保持开关保持开关S闭合，增大闭合，增大R1，微粒打在，微粒打在O点左侧点左侧B.保持开关保持开关S闭合，增大闭合，增大R2，微粒打在，微粒打在O点左侧点左侧C.断开开关断开开关S，M极板稍微上移，微粒打在极板稍微上移，微粒打在O点右侧点右侧D.断开开关断开开关S，M极板稍微下移，微粒打在极板稍微下移，微粒打在O点右侧点右侧解析解析闭合开关，电路稳定后，无电流通过电阻闭合开关，电路稳定后，无电流通过电阻R2，故电容器两，故电容器两极板间电压与极板间电压与R0两端电压相同，故调整两端电压相同，故调整R2大小对两板间电场无影大小对两板间电场无影响，响，B项错误；由电路连接情况可知，两板间电场方向竖直向上，项错误；由电路连接情况可知，两板间电场方向竖直向上，故带正电微粒所受电场力方向竖直向上，电阻故带正电微粒所受电场力方向竖直向上，电阻R0与与R1串联，根据串联，根据串联分压规律可知，增大串联分压规律可知，增大R1，R0两端电压减小，两极板间电压减两端电压减小，两极板间电压减小，粒子所受电场力减小，故微粒所受合外力竖直向下，且增大，小，粒子所受电场力减小，故微粒所受合外力竖直向下，且增大，答案答案A【例【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，电容器两板间距为油滴，电容器两板间距为d，当平行板电容器的电压为，当平行板电容器的电压为U0时，油时，油滴保持静止状态，如图滴保持静止状态，如图8所示。当给电容器突然充电使其电压增所示。当给电容器突然充电使其电压增加加U1时，油滴开始向上运动；经时间时，油滴开始向上运动；经时间t后，电容器突然放电使后，电容器突然放电使其电压减少其电压减少U2，又经过时间，又经过时间t，油滴恰好回到原来位置。假设，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，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。重力加速度为这段时间内油滴的位移可忽略不计。重力加速度为g。求：。求：图图8(1)带电油滴所带电荷量与质量之比；带电油滴所带电荷量与质量之比；(2)第一个第一个t与第二个与第二个t时间内油滴运动的加速度大小之比；时间内油滴运动的加速度大小之比；(3)U1与与U2之比。之比。规律方法规律方法1.带电体重力是否计入的判断：带电体重力是否计入的判断：(1)微观粒子微观粒子(如电子、质子、离子等如电子、质子、离子等)和无特别说明的带电粒子，和无特别说明的带电粒子，一般都不计重力一般都不计重力(并不是忽略质量并不是忽略质量)；(2)带电微粒带电微粒(如油滴、液滴、尘埃、小球等如油滴、液滴、尘埃、小球等)除有特别说明或暗除有特别说明或暗示外，一般要考虑重力；示外，一般要考虑重力；(3)原则上，所有未明确交代的带电体，都应根据题设运动状态原则上，所有未明确交代的带电体，都应根据题设运动状态和过程，反推是否计重力和过程，反推是否计重力(即隐含条件即隐含条件)。2.带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法【变式训练】【变式训练】2.(2016安徽池州联考安徽池州联考)如图如图9所示，匀强电场水平向左，带正电的所示，匀强电场水平向左，带正电的物体沿绝缘、粗糙水平板向右运动，经物体沿绝缘、粗糙水平板向右运动，经A点时动能为点时动能为100 J，到，到B点时动能减少到点时动能减少到80 J，减少的动能中有，减少的动能中有12 J转化为电势能，则它转化为电势能，则它再经过再经过B点时，动能大小是点时，动能大小是()图图9A.4 J B.16 J C.32 J D.64 J答案答案B【例【例3】(多选多选) (2015天津理综，天津理综，7)如图如图10所示，氕核、氘核、所示，氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场电场E1之后进入电场线竖直向下的匀强电场之后进入电场线竖直向下的匀强电场E2发生偏转，最后发生偏转，最后打在屏上。整个装置处于真空中，不计粒子重力及其相互作用，打在屏上。整个装置处于真空中，不计粒子重力及其相互作用，那么那么()图图10A.偏转电场偏转电场E2对三种粒子做功一样多对三种粒子做功一样多B.三种粒子打到屏上时的速度一样大三种粒子打到屏上时的速度一样大C.三种粒子运动到屏上所用时间相同三种粒子运动到屏上所用时间相同D.三种粒子一定打到屏上的同一位置三种粒子一定打到屏上的同一位置答案答案AD【变式训练】【变式训练】3.带电粒子的带电粒子的“电偏转电偏转”(2014山东理综，山东理综，18)如图如图11所示，场强所示，场强大小为大小为E、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd，水平，水平边边ab长为长为s，竖直边，竖直边ad长为长为h。质量均为。质量均为m、带电量分别为、带电量分别为q和和q的两粒子，由的两粒子，由a、c两点先后沿两点先后沿ab和和cd方向以速率方向以速率v0进入矩形进入矩形区区(两粒子不同时出现在电场中两粒子不同时出现在电场中)。不计重力，若两粒子轨迹恰。不计重力，若两粒子轨迹恰好相切，则好相切，则v0等于等于()图图11答案答案B4.带电粒子的带电粒子的“电加速电加速”“电偏转电偏转”(2016江苏泰州姜堰区期江苏泰州姜堰区期中中)如图如图12所示，离子发生器发射一束质量为所示，离子发生器发射一束质量为m、电荷量为、电荷量为q的的离子，从静止经离子，从静止经PQ两板间的加速电压加速后，以初速度两板间的加速电压加速后，以初速度v0从从a点沿点沿ab方向进入一匀强电场区域，方向进入一匀强电场区域，abcd所围成的正方形是该匀所围成的正方形是该匀强电场的边界，已知强电场的边界，已知ab长为长为L，匀强电场的方向与，匀强电场的方向与ad边平行且由边平行且由a指向指向d。图图12(1)求加速电压求加速电压U0；(2)若离子恰从若离子恰从c点飞离电场，求点飞离电场，求a、c两点间的电势差两点间的电势差Uac；(3)若离子从若离子从abcd边界上某点飞出时的动能为边界上某点飞出时的动能为mv，求此时匀强电场，求此时匀强电场的场强大小的场强大小E。1.(2015新课标全国卷新课标全国卷，14)如图如图13，两平行的带电金属板水平，两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间放置。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，现将两板绕过静止状态，现将两板绕过a点的轴点的轴(垂直于纸面垂直于纸面)逆时针旋转逆时针旋转45，再由再由a点从静止释放一同样的微粒，该微粒将点从静止释放一同样的微粒，该微粒将()图图13A.保持静止状态保持静止状态B.向左上方做匀加速运动向左上方做匀加速运动C.向正下方做匀加速运动向正下方做匀加速运动D.向左下方做匀加速运动向左下方做匀加速运动解析解析两平行金属板水平放置时，带电微粒静止有两平行金属板水平放置时，带电微粒静止有mgqE，现将两板绕过现将两板绕过a点的轴点的轴(垂直于纸面垂直于纸面)逆时针旋转逆时针旋转45后，两板间后，两板间电场强度方向逆时针旋转电场强度方向逆时针旋转45，电场力方向也逆时针旋转，电场力方向也逆时针旋转45，但大小不变，此时电场力和重力的合力大小恒定，方向指向左但大小不变，此时电场力和重力的合力大小恒定，方向指向左下方，故该微粒将向左下方做匀加速运动，选项下方，故该微粒将向左下方做匀加速运动，选项D正确。正确。答案答案D图图14A.32 B.21 C.52 D.31答案答案A3.(2016浙江协作校期中浙江协作校期中)如图如图15所示的实验装置中，平行板电容所示的实验装置中，平行板电容器两极板的正对面积为器两极板的正对面积为S，两极板的间距为，两极板的间距为d，电容器所带电荷，电容器所带电荷量为量为Q，电容为，电容为C，静电计指针的偏转角为，静电计指针的偏转角为，平行板中间悬挂，平行板中间悬挂了一个带电小球，悬线与竖直方向的夹角为了一个带电小球，悬线与竖直方向的夹角为，下列说法正确的，下列说法正确的是是()图图15A.若增大若增大d，则，则减小，减小，减小减小B.若增大若增大Q，则，则减小，减小，不变不变C.将将A板向上提一些，板向上提一些，增大，增大，增大增大D.在两板间插入云母片，则在两板间插入云母片，则减小，减小，不变不变答案答案C4.如图如图16所示，平行板电容器上极板带正电，从上极板的端点所示，平行板电容器上极板带正电，从上极板的端点A点点释放一个带电荷量为释放一个带电荷量为Q(Q0)的粒子，粒子重力不计，以水平的粒子，粒子重力不计，以水平初速度初速度v0向右射出，当它的水平速度与竖直速度的大小之比为向右射出，当它的水平速度与竖直速度的大小之比为12时，恰好从下端点时，恰好从下端点B射出，则射出，则d与与L之比为之比为()图图16A.12 B.21 C.11 D.13答案答案C5.(2015新课标全国卷新课标全国卷，24)如图如图17所示，一质量为所示，一质量为m、电荷量、电荷量为为q(q0)的粒子在匀强电场中运动，的粒子在匀强电场中运动，A、B为其运动轨迹上的两为其运动轨迹上的两点。已知该粒子在点。已知该粒子在A点的速度大小为点的速度大小为v0，方向与电场方向的夹角，方向与电场方向的夹角为为60；它运动到；它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为点时速度方向与电场方向的夹角为30。不计重力。求不计重力。求A、B两点间的电势差。两点间的电势差。图图17小结巧记小结巧记1个概念个概念电容电容2类问题类问题平行板电容器两类动态分析问题平行板电容器两类动态分析问题2种运动种运动带电粒子在电场中的直线运动和偏转运动带电粒子在电场中的直线运动和偏转运动2种观点种观点运动学与动力学观点和功能观点运动学与动力学观点和功能观点