2019版高考物理一轮复习 专题六 电场 第3讲 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动课件.ppt

第3讲电容器与电容带电粒子在 电场中的运动 考点1 电容 平行板电容器的动态分析 1 电容器 1 组成 由两个彼此 且又相互靠近的 组成 绝缘 导体 绝对值 2 带电量 一个极板所带电量的 2 电容 比值 1 定义 电容器所带的电量与两极板间电势差的 2 公式 C 3 物理意义 电容是描述电容器 本领大小的物理量 电容C由电容器本身的构造因素决定 与U Q无关 4 单位 1法拉 F 微法 F 皮法 pF 容纳电荷 106 1012 3 平行板电容器的电容 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 并且跟板间插入的电介质 有关 正对面积 距离 rS4 kd 2 公式 C k为静电力常量 考点2 带电粒子在电场中的运动 示波管 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 运动 类平抛 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 3 示波管 电子枪 偏转电极 荧光屏 1 构造 如图6 3 2所示 图6 3 2 2 工作原理 如果在偏转电极XX 和YY 之间都没有加电压 从电子枪射出的电子沿直线运动 打在荧光屏 在那里产 生一个亮斑 中心 信号电压 扫描电压 YY 上加的是待显示的 XX 上是机器自身的锯齿形电压 叫做 若所加扫描电压和信号电压的周期相同 就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的图象 基础自测 1 2016年新课标 卷 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 极板间的电场强度变大B 极板上的电荷量变小 极板间的电场强度变大C 极板上的电荷量变大 极板间的电场强度不变D 极板上的电荷量变小 极板间的电场强度不变答案 D 2 2016年天津卷 如图6 3 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 图6 3 3B 增大 Ep不变D 减小 E不变 至图中虚线位置 则 A 增大 E增大C 减小 Ep增大答案 D 3 多选 如图6 3 4所示 M N是在真空中竖直放置的两块平行金属板 质量为m 电荷量为 q的带电粒子 不计重力 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 N两板间距 图6 3 4 A 使初速度减为原来的 B 使M N间电压加倍C 使M N间电压提高到原来的4倍 D 使初速度和M N间电压都减为原来的 12 答案 BD 12 4 如图6 3 5所示 有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场 当偏转电压为U1时 带电粒子沿 轨迹从两板正中间飞出 当偏转电压为U2时 带电粒子沿 轨迹落到B板中间 设粒子两次射入电场的水平速度相同 则两次偏转电压之比为 A U1 U2 1 8B U1 U2 1 4C U1 U2 1 2 图6 3 5 D U1 U2 1 1答案 A 热点1电容器问题的动态分析 热点归纳 1 分析比较的思路 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 两类动态变化问题的比较 考向1 两种情况的动态分析 典题1 如图6 3 6所示 电路中A B为两块竖直放置的金属板 G是一只静电计 开关S合上后 静电计指针张开 一个角度 下述哪些做法可使指针张角增大 A 使A B两板靠近一些B 使A B两板正对面积错开一些C 断开S后 使A板向右平移一些D 断开S后 使A B正对面积错开一些 图6 3 6 解析 开关S闭合 电容器两端的电势差不变 等于电源的电动势 则指针的张角不变 A B项错误 断开S 电容器所带的电量不变 A板向右平移一些 间距减小 则电容增大 答案 D 考向2 与电容器两板间场强有关的问题 典题2 如图6 3 7所示 一平行板电容器的两个极板竖直放置 在两极板间有一带电小球 小球用一绝缘轻线悬挂于O点 现给电容器缓慢充电 使两极板所带电荷量分别为 Q和极板不接触 求第二次充电使电容器正极板增加 的电荷量 图6 3 7 考向3 电容器的应用 典题3 2016年北京通州一模 目前 电容式触摸屏的技术广泛应用于一些手机和触摸屏上 一层透明的薄膜导体层夹在两层绝缘玻璃层的中间 这就形成了触摸屏 在触摸屏四边均镀上狭长的电极 在导体层内形成一个较弱的交流电场 如图6 3 8所示 在触摸屏幕时 由于人体是导体 手指与导体层之间被玻璃绝缘层隔开 形成一个电容 在四边电极与触点间会有电流流过 而电流强弱与手指到电极的距离成比例 位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱 准确算出触摸 点的位置 关于电容式触摸屏 下列说法正确的是 图6 3 8 A 电容式触摸屏需要用力触摸才能产生信号B 电容式触摸屏的两极分别是导体层和手指 C 手指与屏的接触面积越大 电容越大 准确度越高D 如果手指上带了棉线手套 也能有效工作 解析 由题意可知 在触摸屏幕时 由于人体是导体 手指与导体层之间被玻璃绝缘层隔开 形成一个电容 故不需要用力就可以形成一个电容 选项A错误 B正确 如果手与屏的接触面积较大 则触摸点的位置就不容易确定 选项C错误 如果手指上带了棉线手套 手指就不能称为导体了 故也就不能与导体层形成电容了 所以就不能工作了 选项D错误 答案 B 热点2 带电粒子在电场中的直线运动 热点归纳 1 运动类型 1 带电粒子在匀强电场中做匀变速直线运动 2 带电粒子在不同的匀强电场或交变电场中做匀加速 匀减速的往返运动 2 分析思路 1 根据带电粒子受到的电场力 用牛顿第二定律求出加速 度 结合运动学公式确定带电粒子的运动情况 2 根据电场力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化求解 此方法既适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 3 对带电粒子的往返运动 可采取分段处理 3 研究带电粒子在电场中的运动时 是否考虑重力要依据 具体情况而定 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 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 一般都不能忽略重力 考向1 根据牛顿动力学分析带电粒子的直线运动问题 典题4 2015年海南卷 如图6 3 9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 粒子间相互作用力可忽略 不计重力 则M m为 图6 3 9 A 3 2 B 2 1 C 5 2 D 3 1 答案 A易错提醒 1 本题易误认为带电粒子还受重力作用 考向2 根据功能关系处理带电粒子在电场中的直线运动 问题 典题5 2017年新课标 卷 如图6 3 10所示 两水平面 虚线 之间的距离为H 其间的区域存在方向水平向右的匀强电场 自该区域上方的A点将质量为m 电荷量分别为q和 q q 0 的带电小球M N先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出 小球在重力作用下进入电场区域 并从该区域的下边界离开 已知N离开电场时的速度方向竖直向下 M在电场中做直线运动 刚离开电场时的动能为N刚离开电场时动能的1 5倍 不计空气阻力 重力加速度大小为g 求 图6 3 10 1 M与N在电场中沿水平方向的位移之比 2 A点距电场上边界的高度 3 该电场的电场强度大小 解 1 设带电小球M N抛出的初速度均为v0 则它们进入电场时的水平速度仍为v0 M N在电场中的运动时间t相等 电场力作用下产生的加速度沿水平方向 大小均为a 在电场中沿水平方向的位移分别为s1和s2 由运动公式可得 v0 at 0 联立 式解得 s1 s2 3 1 热点3 带电粒子在匀强电场中的偏转 热点归纳 1 带电粒子在匀强电场中的偏转的两个结论 1 不同的带电粒子从静止开始经过同一电场 U0 加速后再从同一偏转电场 U 射出时的偏转角度 总是相同的 2 带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系 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 差 考向1带电粒子在电场中的偏转 典题6 多选 2017年四川资阳高三模拟 如图6 3 11所示 质量相同的两个带电粒子M N以相同的速度同时沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中 M从两极板正中央射入 N从下极板边缘处射入 它们最后都打在同一点 不计带电粒子重力和带电粒子间的相互作用力 则从开始射入到打在上极板的 过程中 图6 3 11 A 它们运动的时间tN tMB 它们的电势能减少量之比 EpM EpN 1 2C 它们的动能增量之比 EkM EkN 1 2D 它们所带的电荷量之比qM qN 1 2 答案 AD 考向2 带电粒子在电场中的先加速后偏转 典题7 多选 2015年天津卷 如图6 3 12所示 氕核 氘核和氚核三种粒子从同一位置无初速度地飘入电场线水平向右的加速电场E1中 之后进入电场线竖直向下的匀强电场E2中而发生偏转 最后打在屏上 整个装置处于真空中 不计粒子 重力及其相互作用力 那么 A 偏转电场E2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C 三种粒子运动到屏上所用时间相同 图6 3 12 D 三种粒子一定打到屏上的同一位置答案 AD 考向3 运用运动的分解思想和功能关系处理 典题8 2015年新课标 卷 如图6 3 13所示 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子在匀强电场中运动 A B为其运动轨迹上的两点 已知该粒子在A点的速度大小为v0 方向与电场方向的夹角为60 它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30 不计重力 求A B两点间的电势差 图6 3 13 解 设带电粒子在B点的速度大小为vB 粒子在垂直于电场方向的速度分量不变 即 热点4 带电粒子在交变电场中的运动 热点归纳 1 此类题型一般有三种情况 一是粒子做单向直线运动 一般用牛顿运动定律求解 二是粒子做往返运动 一般分段研究 三是粒子做偏转运动 一般根据交变电场的特点分段研究 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 典题9 多选 2017年四川宜宾高三二诊 如图6 3 14甲所示 真空中水平放置两块长度为2d的平行金属板P Q 两板间距为d 两板间加上如图乙所示最大值为U0的周期性变化的电压 在两板左侧紧靠P板处有一粒子源A 自t 0时刻开始连续释放初速度大小为v0 方向平行于金属板的相同带电粒子 t 0时刻释放的粒子恰好从Q板右侧边缘离开电场 已知电 2dv0 场变化周期T 的作用力 则 粒子质量为m 不计粒子的重力及相互间 甲 乙 图6 3 14A 在t 0时刻进入的粒子离开电场时速度大小仍为v0 答案 AD 等效法处理叠加场问题等效法是指不同的物理现象 模型 过程等在物理意义 作用效果或物理规律方面是相同的 它们之间可以相互替代 而保证结论不变 1 各种性质的场 物质 与实际物体的根本区别之一是场具有叠加性 即几个场可以同时占据同一空间 从而形成叠加场 2 将叠加场等效为一个简单场 其具体步骤是 先求出重力与电场力的合力 将这个合力视为一个 等效重力 将 视为 等效重力加速度 再将物体在重力场中做圆周 运动的规律迁移到等效重力场中分析求解即可 的小球从A点以初速度v0沿水平面运动后滑上圆弧 AB 典题10 如图6 3 15所示 AB为光滑水平面 BCD为半径为R的光滑竖直半圆轨道 直径BD恰好竖直 空间存在水平向右的匀强电场 场强为E 现有一带电荷量为 q 质量为 m qEg 间的距离为L 2R 要使小球恰能到达D点 v0至少为多少 图6 3 15 正确解析 如图6 3 16所示 小球受电场力和重力作用 合力大小不变 为F合 mg 方向与水平面成45 角 在M点时速度最小 向心力最大 所以要过D点 在M点时做圆周运动 有 图6 3 16 触类旁通 多选 2017年重庆高三一诊 如图6 3 17所示 竖直平面内有固定的半径为R的光滑绝缘圆形轨道 水平匀强电场平行于轨道平面向左 P Q分别为轨道的最高 最低点 一质量为m 电荷量为q的带正电小球 可视为质点 在轨道 内运动 已知重力加速度为g 电场强度E 3mg4q 要使小球能沿 轨道做完整的圆周运动 下列说法正确的是 图6 3 17 C 小球过Q P点受轨道弹力大小的差值为6mgD 小球过Q P点受轨道弹力大小的差值为7 5mg答案 BC