高考物理一轮总复习 专题六 第3讲 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版.ppt

第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动 一 电容 平行板电容器1 电容 1 定义 电容器所带的电荷量与两极板间电势差的比值 2 公式 C 3 物理意义 电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量 它的大小与电容器本身的结构有关 与U Q无关 4 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 106 1012 5 单位 1法拉 F 微法 F 皮法 pF 2 平行板电容器的电容 正对面积 距离 1 影响因素 平行板电容器的电容与两极板的 成正比 与两极板的 成反比 并跟板间插入的电介质有关 2 公式 C 二 带电粒子在电场中的运动1 带电粒子在电场中的直线运动 1 运动状态分析 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场 受到的电场力与运动方向在同一条直线上 做匀变速直线运动 2 用功能观点分析 电场力对带电粒子所做的功等于粒子 动能的变化 即qU 2 带电粒子的偏转分析 1 运动状态 带电粒子受到恒定的与初速度方向垂直的电 场力作用而做类平抛运动 2 处理方法 类似于平抛运动的处理方法 如图6 3 1所示 图6 3 1 匀速直线 匀加速直线 基础检测 2015年海南卷 如图6 3 2所示 一充电后的平行板电容器的两极板相距l 在正极板附近有一质量为M 电荷量为q q 0 的粒子 在负极板附近有另一质量为m 电荷量为 q的粒子 在电场力的作用下 两粒子同时从静止开始运动 已知两粒子同若两粒子间相互作用力可忽略 不计重力 则 M m为 图6 3 2 A 3 2 B 2 1 C 5 2 D 3 1 答案 A 考点1 平行板电容器的动态分析 重点归纳 第一类动态变化 电容器两极板间电压不变 第二类动态变化 电容器所带电荷量不变 考点练透 1 2014年海南卷 如图6 3 3所示 一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连 极板水平放置 极板间距为d 在下极板上叠放一厚度为l的金属板 其上部空间有一带电粒子P静止在电容器中 当把金属板从电容器中快速抽出后 粒 子P开始运动 重力加速度为g 粒子运动加速度为 图6 3 3 答案 A 2 2014年天津卷 如图6 3 4所示 电路中R1 R2均为可变电阻 电源内阻不能忽略 平行板电容器C的极板水平放置 闭合电键S 电路达到稳定时 带电油滴悬浮在两板之间静止不动 如果仅改变下列某一个条件 油滴仍能静止不动的是 A 增大R1的阻值B 增大R2的阻值C 增大两板间的距离 图6 3 4 D 断开电键S答案 B 考点2 带电粒子在电场中的加速运动分析 重点归纳 2 带电粒子在电场中运动时是否考虑重力的处理方法 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等 除有说明或有明确的暗示以外 一般都不考虑重力 但并不忽略质量 2 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 一般都要考虑重力 典例剖析例1 多选 如图6 3 5所示 M N是在真空中竖直放置的两块平行金属板 板间有匀强电场 质量为m 电荷量为 q的带电粒子 以初速度v0由小孔进入电场 当M N间电压为U时 粒子刚好能到达N板 如果要使这个带电粒子能到达M B 使M N间电压提高到原来的2倍C 使M N间电压提高到原来的4倍 图6 3 5 答案 BD 考点练透 3 2016年重庆第一中学月考 如图6 3 6甲所示 倾角为 30 的光滑固定斜杆底端固定一个带负电 电量为Q 2 10 4C的小球A 将一可视为质点的带电小球B从斜杆的底端 a点 与A靠得很近 但未接触 静止释放 小球沿斜面向上滑动过程中速度v随位移s的变化图象如图乙所示 已知重力加速度g 10m s2 静电力常量 k 9 109N m2 C2 求 2 小球B在b点时速度到达最大 求a b两点的电势差 甲 乙 图6 3 6 4 2014年安徽卷 如图6 3 7所示 充电后的平行板电容器水平放置 电容为C 极板间距离为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 1 小球到达小孔处的速度 2 极板间电场强度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 图6 3 7 考点3 带电粒子在电场中的偏转问题 重点归纳1 粒子的偏转角问题 1 已知带电粒子情况及初速度 如图6 3 8所示 设带电粒子质量为m 带电荷量为q 以初速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场 偏转电压为U1 若粒子飞出电场时偏 图6 3 8 结论 动能一定时tan 与q成正比 电荷量相同时tan 与动能成反比 2 已知加速电压U0 若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的 则由动能定理有 结论 粒子的偏转角与粒子的q m无关 仅取决于加速电场和偏转电场 2 粒子的偏转量问题 2 若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加速后 进入偏转电场的 得 结论 粒子的偏转距离与粒子的q m无关 仅取决于加速电场和偏转电场 典例剖析 1 电子经过偏转电极后发生的偏移y 2 若偏转电极的边缘到荧光屏的距离D 15cm 求电子打在荧光屏上产生的光 点偏离中心O的距离Y 图6 3 9 例2 如图6 3 9所示 一示波管偏转电极板的长度L 3cm 两板间的电场是均匀的 E 1 2 104V m E的方向垂直管轴 一个电子以初速度v0 2 0 107m s沿管轴注入 已知电子质量m 9 0 10 31kg 电荷量q 1 6 10 19C 求 思维点拨 将粒子的运动分为两部分 第一部分是在偏转场中的类平抛运动 第二部分是出了偏转电场后的匀速直线运动 代入数据 解得2 64 10 2m 备考策略 利用类平抛运动的规律 将复杂的曲线运动分解为两个简单的直线运动 所以Y y Dtan 考点练透 5 2014年山东卷 如图6 3 10所示 场强大小为E 方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd 水平边ab长为s 竖直边ad长为h 质量均为m 带电量分别为 q和 q的两粒子 由a c两点先后沿ab和cd方向以速率v0进入矩形区 两粒子不同时出现在电场中 不计重力 若两粒子轨迹恰好相切 则v0 等于 图6 3 10 答案 B 6 2015年湖南四校联考 如图6 3 11所示 水平放置的平行板电容器 两板间距为d 8cm 板长为l 25cm 接在直流电源上 有一带电液滴以v0 0 5m s的初速度从板间的正中央水平射入 恰好做匀速直线运动 当它运动到P处时迅速将 1 将下板向上提起后 液滴的加速度大小 2 液滴从射入电场开始计时 匀速运动到P 点所用时间为多少 g取10m s2 图6 3 11 方法 带电粒子在交变电场中的运动 1 常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波 锯齿波 正弦波等 2 常见的试题类型此类题型一般有三种情况 1 粒子做单向直线运动 一般用牛顿运动定律求解 2 粒子做往返运动 一般分段研究 3 粒子做偏转运动 一般根据交变电场特点分段研究 3 解答带电粒子在交变电场中运动的思维方法 1 注重全面分析 分析受力特点和运动规律 抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征 求解粒子运动过程中的速度 位移 做功或确定与物理过程相关的边界条件 2 分析时从两条思路出发 一是力和运动的关系 根据牛 顿第二定律及运动学规律分析 二是功能关系 3 注意对称性和周期性变化关系的应用 例3 如图6 3 12所示 真空中相距d 5cm的两块平行金属板A B与电源连接 图中未画出 其中B板接地 电势为零 A板电势变化的规律如图6 3 13所示 将一个质量为2 10 27kg 电量q 1 6 10 19C的带电粒子从紧临B板处释 放 不计重力 图6 3 12 图6 3 13 求 1 在t 0时刻释放该带电粒子 释放瞬间粒子加速度的大小 2 若A板电势变化周期T 1 0 10 5s 在t 0时将带电 粒子从紧临B板处无初速释放 粒子到达A板时速度的大小 B板处无初速释放该带电粒子 粒子不能到达A板 审题突破 1 由图可知两板间开始时的电势差 由U Ed可求得两板间的电场强度 则可求得电场力 由牛顿第二定律可求得加速度的大小 2 因粒子受力可能发生变化 故由位移公式可求得粒子通过的距离 通过比较可知粒子恰好到A板 由运动学公式可求出速度 3 要使粒子不能到达A板 应让粒子在向A板运动中的总位移小于极板间的距离 可得出变化的频率 备考策略 因极板间加交变电场 故粒子的受力发生周期性变化 本题应通过受力情况先确定粒子的运动情况 再确定两板间电势的变化频率 周期性变化的电场在高考中也常出现 触类旁通 如图6 4 14甲所示 两平行正对的金属板A B间加有如图乙所示的交变电压 一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处 若在t0时刻释放该粒子 粒子会时而向A板运动 时而向B板运动 并最终打在A板上 则t0可能属于 的时间段是 甲 乙 图6 4 14 答案 B