高考物理大二轮总复习与增分策略 专题十二 电容器 带电粒子在电场中的运动课件.ppt

专题十二电容器带电粒子在电场中的运动 考点基础自清 考点互动探究 内容索引 考点基础自清 一 电容器的电容 答案 1 电容器 1 组成 由两个彼此又相互靠近的导体组成 2 带电量 一个极板所带电荷量的 3 电容器的充电 放电 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 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 放电过程中转化为其他形式的能 绝缘 绝对值 异种电荷 电场能 答案 2 电容 1 公式 定义式 C 推论 C 2 电容与电压 电荷量的关系 电容C的大小由电容器本身结构决定 与电压 电荷量 不随Q变化 也不随电压变化 无关 答案 3 平行板电容器及其电容 1 影响因素 平行板电容器的电容与正对面积成正比 与介质的介电常数成正比 与成反比 2 决定式 C k为静电力常量 r为相对介电常数 与电介质的性质有关 两板间的距离 答案 二 带电粒子在电场中的运动 1 加速问题 若不计粒子的重力 则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子的的增量 1 在匀强电场中 W qEd qU 2 在非匀强电场中 W qU 动能 答案 2 偏转问题 1 条件分析 不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场 2 运动性质 运动 3 处理方法 利用运动的合成与分解 沿初速度方向 做运动 沿电场力方向 做初速度为零的运动 类平抛 匀速直线 匀加速 答案 3 示波管的构造 电子枪 荧光屏 如图1所示 图1 偏转电极 1 电容器是一种常用的电子元件 下列对电容器认识正确的是 A 电容器的电容表示其储存电荷的能力B 电容器的电容与它所带的电量成正比C 电容器的电容与它两极板间的电压成正比D 电容器的常用单位有 F和pF 1 F 103pF 1 2 3 4 5 学考通关练 解析 解析由电容的物理意义知A正确 1 2 3 4 5 解析 2 2015 浙江学考模拟 如图2为可变电容器 由一组动片和一组定片组成 这两组金属片之间是互相绝缘的 动片旋入得越多 则 图2 A 正对面积越大 电容越大B 正对面积越大 电容越小C 动片 定片间距离越小 电容越大D 动片 定片间距离越小 电容越小 解析可变电容器动片旋入得越多 正对面积越大 解析 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 因电容器的电容不知 所以无法求出电容器原来的电压 选项C错 电容器的电容由电容器本身决定 跟电压和电荷量的变化无关 所以电容器的电容不变 选项D错 4 电场中 初速度为零的带正电粒子在匀强电场中仅在电场力作用下 运动方向正确的是 1 2 3 4 5 5 如图3所示 两极板与电源相连接 电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场 且恰好从正极板边缘飞出 现在使电子的入射速度变为原来的2倍 而电子仍从原来位置射入 且仍从正极板边缘飞出 则两极板间的距离应变为原来的 1 2 3 4 5 图3 解析 返回 考点互动探究 考点一电容器的动态分析 2 两种类型的动态分析思路 解析 图4 例1如图4所示 先接通S使电容器充电 然后断开S 增大两极板间的距离时 电容器所带电荷量Q 电容C 两极板间电势差U及场强E的变化情况是 A Q变小 C不变 U不变 E变大B Q变小 C变小 U不变 E变小C Q不变 C变小 U变大 E不变D Q不变 C变小 U变小 E无法确定 解析由充电后断开电源知 电容器的电荷量不变 选项A B错 技巧点拨 电容器动态问题的分析技巧 1 抓住不变量 弄清楚是电容器的电荷量不变还是电压不变 2 根据电容的决定式分析电容的变化 再根据电容的定义式分析电荷量或电压的变化 最后分析电场强度的变化 解析 1 一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积 间距和电荷量不变 在两极板间插入一电介质 其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是 A C和U均增大B C增大 U减小C C减小 U增大D C和U均减小 1 2 变式题组 Q不变时 C增大 则两板间的电势差U一定减小 故选B 解析 2 用控制变量法 可以研究影响平行板电容器电容的因素 如图5 设两极板正对面积为S 极板间的距离为d 静电计指针偏角为 实验中 极板所带电荷量不变 若 A 保持S不变 增大d 则 变大B 保持S不变 增大d 则 变小C 保持d不变 减小S 则 变小D 保持d不变 减小S 则 不变 图5 1 2 1 2 保持d不变 减小S 则C减小 偏角 也增大 故选项C D均错 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 考点二带电粒子在电场中的直线运动 例2 2014 海南高考 如图6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 粒子运动的加速度为 解析 图6 方法感悟 解决粒子在电场中直线运动问题的两种方法 1 用牛顿运动定律和运动学规律 2 用动能定理或能量守恒定律 3 选取思路 前者适用于粒子受恒力作用时 后者适用于粒子受恒力或变力作用时 这和解决物体受重力 弹力 摩擦力等做直线运动的问题的思路是相同的 不同的是受力分析时 不要遗漏电场力 解析 3 如图7所示 平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度 两极板与一直流电源相连 若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器 则在此过程中 该粒子 3 4 图7 A 所受重力与电场力平衡B 电势能逐渐增加C 动能逐渐增加D 做匀速直线运动 变式题组 解析分析带电粒子的受力情况 画出其受力图如图所示 可以看出其合力方向与其速度方向相反 所以 带电粒子在电场中做匀减速直线运动 电场力做负功 重力不做功 动能减少 电势能增加 故选项A C D错误 选项B正确 3 4 解析 3 4 图8 1 基本运动规律 1 沿初速度方向做匀速直线运动 运动时间 考点三带电粒子在电场中偏转 2 沿电场力方向 做匀加速直线运动 2 带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论 1 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 偏移量和偏转角总是相同的 3 带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系 例3如图9所示 在两条平行的虚线内存在着宽度为L 电场强度为E的匀强电场 在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行的屏 现有一电荷量为 q 质量为m的带电粒子 重力不计 以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中 v0方向的延长线与屏的交点为O 试求 1 粒子从射入到打到屏上所用的时间 解析答案 图9 2 粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向夹角的正切值tan 解析答案 3 粒子打在屏上的点P到O点的距离x 解析答案 规律总结 分析粒子在电场中偏转运动的两种方法 1 分解观点 垂直射入匀强电场的带电粒子 在电场中只受电场力作用 与重力场中的平抛运动相类似 研究这类问题的基本方法是将运动分解 可分解成平行电场方向的匀加速直线运动和垂直电场方向的匀速直线运动 2 功能观点 首先对带电粒子进行受力分析 再进行运动过程分析 然后根据具体情况选用公式计算 1 若选用动能定理 则要分清有多少个力做功 是恒力做功还是变力做功 同时要明确初 末状态及运动过程中的动能的增量 2 若选用能量守恒定律 则要分清带电粒子在运动中共有多少种能量参与转化 哪些能量是增加的 哪些能量是减少的 解析 5 喷墨打印机的简化模型如图10所示 重力可忽略的墨汁微滴 经带电室带负电后 以速度v垂直匀强电场飞入极板间 最终打在纸上 则微滴在极板间电场中 5 6 图10 A 向负极板偏转B 电势能逐渐增大C 运动轨迹是抛物线D 运动轨迹与带电量无关 变式题组 解析微滴带负电 进入电场 受电场力向上 应向正极板偏转 A错误 电场力做正功 电势能减小 B错误 5 6 解析 6 多选 2016 绍兴市联考 如图11所示 电荷量之比为qA qB 1 3的带电粒子A B以相等的速度v0从同一点出发 沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中 分别打在C D点 若OC CD 忽略粒子重力的影响 则 A A和B在电场中运动的时间之比为1 2B A和B运动的加速度大小之比为4 1C A和B的质量之比为1 12D A和B的位移大小之比为1 1 图11 5 6 5 6 解析粒子A和B在匀强电场中做类平抛运动 水平方向由x v0t及OC CD得 tA tB 1 2 1 解答力电综合问题的一般思路 考点四电场中的力电综合问题 2 运动情况反映受力情况 1 物体静止 保持 F合 0 2 做直线运动 匀速直线运动 F合 0 变速直线运动 F合 0 且F合方向与速度方向总是在一条直线上 3 做曲线运动 F合 0 F合方向与速度方向不在一条直线上 且总指向运动轨迹曲线的凹侧 4 F合与v的夹角为 加速运动 0 90 减速运动 90 180 5 匀变速运动 F合 恒量 例4 2014 浙江7月学考 如图12所示 水平地面上有一长为L 高为h的桌子 质量为m的小物块A从绝缘桌面的左端以初速度v0水平向右运动 最终落在地面上D点 D点与桌面右端的水平距离为s 若再次将物块A置于桌面左端 并让其带上电荷量为q的正电荷 在桌面以上区域加一水平向右 大小可调节的匀强电场 假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 求 1 为使再次置于桌面左端的带电物块A在桌面上滑动 电场强度的最小值E1 解析答案 图12 解析由平抛运动规律 s vt 由动能定理 考虑到摩擦力Ff做负功 为了使物块A在桌面上滑动 其所受电场力至少等于摩擦力Ff 有F qE1 Ff 2 为使再次置于桌面左端的带电物块A从桌面滑落后仍落在地面上的D点 电场强度E2的值 解析答案 规律总结 分析力电综合问题的两种思路 1 动力学的观点 1 由于匀强电场中带电粒子所受电场力和重力都是恒力 可用正交分解法 2 综合运用牛顿运动定律和匀变速直线运动公式 注意受力分析要全面 特别注意重力是否需要考虑的问题 2 能量的观点 1 运用动能定理 注意过程分析要全面 准确求出过程中的所有力做的功 判断选用分过程还是全过程使用动能定理 2 运用能量守恒定律 注意题目中有哪些形式的能量出现 解析 7 2016 4月浙江选考 8 密立根油滴实验原理如图13所示 两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接 板间电压为U 形成竖直向下电场强度大小为E的匀强电场 用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小 质量和带电荷量各不相同的油滴 通过显微镜可找到悬浮不动的油滴 若此悬浮油滴的质量为m 则下列说法正确的是 7 8 变式题组 图13 A 悬浮油滴带正电B 悬浮油滴的带电荷量为C 增大电场强度大小 悬浮油滴将向上运动D 油滴的带电荷量不一定是电子带电荷量的整数倍 解析油滴悬浮不动 说明其所受的电场力与重力平衡 所以带负电 A错 7 8 如果增大电场强度大小 油滴所受的电场力增大 油滴就会向上加速运动 C对 所有带电体的电荷量都是电子带电荷量的整数倍 D错 解析答案 8 如图14所示 一电荷量为 q 质量为m的小物块处于一倾角为37 的光滑斜面上 当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中 小物块恰好静止 重力加速度取g sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 水平向右电场的电场强度 7 8 图14 解析小物块静止在斜面上 受重力 电场力和斜面支持力 受力分析如图所示 则有FNsin37 qE FNcos37 mg 7 8 解析答案 由牛顿第二定律得mgsin37 qE cos37 ma可得a 0 3g答案0 3g 7 8 3 电场强度变化后物块下滑距离L时的动能 返回 7 8 解析答案 解析电场强度变化后物块下滑距离L时 重力做正功 电场力做负功 由动能定理得mgLsin37 qE Lcos37 Ek 0可得Ek 0 3mgL 答案0 3mgL