南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題六 第3講 電容器與電容 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版

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1、第3講電容器與電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、電容、平行板電容器1.電容(1)定義：電容器所帶的電荷量與兩極板間電勢(shì)差的比值.(2)公式：C_.(3)物理意義：電容是描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量.它的大小與電容器本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與 U、Q 無關(guān).(4)電容器的充、放電充電：使電容器帶電的過程，充電后電容器兩板帶上等量的異種電荷，電容器中儲(chǔ)存電場(chǎng)能.放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.1061012(5)單位：1 法拉(F)_微法(F)_皮法(pF).2.平行板電容器的電容正對(duì)面積距離(1)影響因素：平行板電容器的電容與兩極板的_成正比，與兩極板的_成反

2、比，并跟板間插入的電介質(zhì)有關(guān).(2)公式：C_.二、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)(1)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上，做勻變速直線運(yùn)動(dòng).(2)用功能觀點(diǎn)分析：電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子所做的功等于粒子動(dòng)能的變化，即 qU_.2.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)分析(1)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：帶電粒子受到恒定的與初速度方向垂直的電場(chǎng)力作用而做類平拋運(yùn)動(dòng).(2)處理方法：類似于平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法，如圖 6-3-1 所示.圖 6-3-1勻速直線勻加速直線【基礎(chǔ)檢測(cè)】(2015 年海南卷)如圖 6-3-2 所示，一充電后的平行板電容器的兩極板相距 l，在正

3、極板附近有一質(zhì)量為 M、電荷量為 q(q0)的粒子，在負(fù)極板附近有另一質(zhì)量為 m、電荷量為q 的粒子，在電場(chǎng)力的作用下，兩粒子同時(shí)從靜止開始運(yùn)動(dòng).已知兩粒子同若兩粒子間相互作用力可忽略，不計(jì)重力，則Mm 為()圖 6-3-2A.3 2B.2 1C.5 2D.3 1答案：A考點(diǎn)1平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析重點(diǎn)歸納第一類動(dòng)態(tài)變化：電容器兩極板間電壓不變.第二類動(dòng)態(tài)變化：電容器所帶電荷量不變.【考點(diǎn)練透】1.(2014 年海南卷)如圖 6-3-3 所示，一平行板電容器的兩極板與一電壓恒定的電源相連，極板水平放置，極板間距為 d，在下極板上疊放一厚度為 l 的金屬板，其上部空間有一帶電粒子 P 靜止在電容

4、器中，當(dāng)把金屬板從電容器中快速抽出后，粒)子 P 開始運(yùn)動(dòng)，重力加速度為 g.粒子運(yùn)動(dòng)加速度為(圖 6-3-3答案：A2.(2014年天津卷)如圖6-3-4所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略，平行板電容器 C 的極板水平放置.閉合電鍵 S，電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動(dòng). 如果僅改變下列某一個(gè)條件，油滴仍能靜止不動(dòng)的是()A.增大 R1 的阻值B.增大 R2 的阻值C.增大兩板間的距離圖 6-3-4D.斷開電鍵 S答案：B考點(diǎn)2帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)分析重點(diǎn)歸納2.帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)是否考慮重力的處理方法(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、離子等，除有

5、說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量).(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都要考慮重力. 典例剖析例 1：(多選)如圖 6-3-5 所示 ，M、N 是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，板間有勻強(qiáng)電場(chǎng)，質(zhì)量為 m、電荷量為q的帶電粒子，以初速度 v0 由小孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng) M、N 間電壓為U 時(shí)，粒子剛好能到達(dá) N 板，如果要使這個(gè)帶電粒子能到達(dá) M、B.使 M、N 間電壓提高到原來的 2 倍C.使 M、N 間電壓提高到原來的 4 倍圖 6-3-5答案：BD【考點(diǎn)練透】3.(2016 年重慶第一中學(xué)月考)如圖 6-3-6 甲所示，傾角為

6、30的光滑固定斜桿底端固定一個(gè)帶負(fù)電、電量為Q2104 C的小球A，將一可視為質(zhì)點(diǎn)的帶電小球B從斜桿的底端a 點(diǎn)(與 A 靠得很近，但未接觸)靜止釋放，小球沿斜面向上滑動(dòng)過程中速度 v 隨位移 s 的變化圖象如圖乙所示.已知重力加速度g10 m/s2，靜電力常量，k9109 Nm2/C2.求：(2)小球 B 在 b 點(diǎn)時(shí)速度到達(dá)最大，求 a、b 兩點(diǎn)的電勢(shì)差.甲乙圖 6-3-64.(2014 年安徽卷)如圖 6-3-7 所示，充電后的平行板電容器水平放置，電容為 C，極板間距離為 d，上極板正中有一小孔.質(zhì)量為 m、電荷量為q 的小球從小孔正上方高 h 處由靜止開始下落，穿過小孔到達(dá)下極板處速

7、度恰為零(空氣阻力忽略不計(jì)，極板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，重力加速度為 g).求：(1)小球到達(dá)小孔處的速度.(2)極板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小和電容器所帶電荷量.(3)小球從開始下落運(yùn)動(dòng)到下極板處的時(shí)間.圖 6-3-7考點(diǎn)3帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題重點(diǎn)歸納1.粒子的偏轉(zhuǎn)角問題(1)已知帶電粒子情況及初速度.如圖 6-3-8 所示，設(shè)帶電粒子質(zhì)量為 m，帶電荷量為 q，以初速度 v0 垂直于電場(chǎng)線方向射入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，偏轉(zhuǎn)電壓為 U1.若粒子飛出電場(chǎng)時(shí)偏圖 6-3-8結(jié)論：動(dòng)能一定時(shí) tan 與 q 成正比，電荷量相同時(shí) tan 與動(dòng)能成反比.(2)已知加速電壓 U0.若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)過同一加速

8、電壓 U0 加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的，則由動(dòng)能定理有結(jié)論：粒子的偏轉(zhuǎn)角與粒子的 q、m 無關(guān)，僅取決于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng).2.粒子的偏轉(zhuǎn)量問題(2)若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)同一加速電壓 U0 加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的，得結(jié)論：粒子的偏轉(zhuǎn)距離與粒子的 q、m 無關(guān)，僅取決于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng). 典例剖析(1)電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電極后發(fā)生的偏移 y.(2)若偏轉(zhuǎn)電極的邊緣到熒光屏的距離D15 cm，求電子打在熒光屏上產(chǎn)生的光點(diǎn)偏離中心 O 的距離 Y.圖 6-3-9例2：如圖6-3-9所示，一示波管偏轉(zhuǎn)電極板的長(zhǎng)度L3 cm，兩板間的電場(chǎng)是均勻的，E1.2104 V/m(E的方向垂直管軸)，一個(gè)電子以初速度v

9、02.0107 m/s沿管軸注入，已知電子質(zhì)量m9.01031 kg，電荷量q1.61019 C.求：思維點(diǎn)撥：將粒子的運(yùn)動(dòng)分為兩部分，第一部分是在偏轉(zhuǎn)場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng)，第二部分是出了偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后的勻速直線運(yùn)動(dòng).代入數(shù)據(jù)，解得2.64102 m.備考策略：利用類平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，將復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng).所以 YyDtan 【考點(diǎn)練透】5.(2014 年山東卷)如圖 6-3-10 所示，場(chǎng)強(qiáng)大小為 E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一矩形區(qū)域 abcd，水平邊 ab 長(zhǎng)為 s，豎直邊 ad 長(zhǎng)為 h.質(zhì)量均為 m、帶電量分別為q 和q 的兩粒子，由 a、c 兩點(diǎn)先后沿 ab 和 cd

10、方向以速率 v0 進(jìn)入矩形區(qū)(兩粒子不同時(shí)出現(xiàn)在電場(chǎng)中).不計(jì)重力.若兩粒子軌跡恰好相切，則 v0等于()圖 6-3-10答案：B6.(2015 年湖南四校聯(lián)考)如圖 6-3-11 所示，水平放置的平行板電容器，兩板間距為 d8 cm，板長(zhǎng)為 l25 cm，接在直流電源上，有一帶電液滴以 v00.5 m/s 的初速度從板間的正中央水平射入，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到 P 處時(shí)迅速將(1)將下板向上提起后，液滴的加速度大小.(2)液滴從射入電場(chǎng)開始計(jì)時(shí)，勻速運(yùn)動(dòng)到 P點(diǎn)所用時(shí)間為多少？(g 取 10 m/s2)圖 6-3-11方法帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.常見的交變電場(chǎng)常見的產(chǎn)生交變電場(chǎng)

11、的電壓波形有方形波、鋸齒波、正弦波等.2.常見的試題類型此類題型一般有三種情況(1)粒子做單向直線運(yùn)動(dòng)(一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解).(2)粒子做往返運(yùn)動(dòng)(一般分段研究).(3)粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(一般根據(jù)交變電場(chǎng)特點(diǎn)分段研究).3.解答帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的思維方法(1)注重全面分析(分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律)，抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和在空間上具有對(duì)稱性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度、位移、做功或確定與物理過程相關(guān)的邊界條件.(2)分析時(shí)從兩條思路出發(fā)：一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析；二是功能關(guān)系.(3)注意對(duì)稱性和周期性變化關(guān)系的應(yīng)用.例 3：如圖 6-3-12 所示，

12、真空中相距 d5 cm 的兩塊平行金屬板 A、B 與電源連接(圖中未畫出)，其中 B 板接地(電勢(shì)為零)，A 板電勢(shì)變化的規(guī)律如圖 6-3-13 所示.將一個(gè)質(zhì)量為 21027 kg，電量q1.61019 C的帶電粒子從緊臨B板處釋放，不計(jì)重力.圖 6-3-12圖 6-3-13求：(1)在 t0 時(shí)刻釋放該帶電粒子，釋放瞬間粒子加速度的大小.(2)若A板電勢(shì)變化周期T1.0105 s，在t0時(shí)將帶電粒子從緊臨 B 板處無初速釋放，粒子到達(dá) A 板時(shí)速度的大小.B 板處無初速釋放該帶電粒子，粒子不能到達(dá) A 板.審題突破：(1)由圖可知兩板間開始時(shí)的電勢(shì)差，由UEd可求得兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度，則可求

13、得電場(chǎng)力，由牛頓第二定律可求得加速度的大?。?2)因粒子受力可能發(fā)生變化，故由位移公式可求得粒子通過的距離，通過比較可知粒子恰好到 A 板，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可求出速度；(3)要使粒子不能到達(dá) A 板，應(yīng)讓粒子在向 A 板運(yùn)動(dòng)中的總位移小于極板間的距離，可得出變化的頻率.備考策略：因極板間加交變電場(chǎng)，故粒子的受力發(fā)生周期性變化，本題應(yīng)通過受力情況先確定粒子的運(yùn)動(dòng)情況，再確定兩板間電勢(shì)的變化頻率.周期性變化的電場(chǎng)在高考中也常出現(xiàn).【觸類旁通】如圖 6-4-14 甲所示，兩平行正對(duì)的金屬板 A、B 間加有如圖乙所示的交變電壓，一重力可忽略不計(jì)的帶正電粒子被固定在兩板的正中間 P 處.若在 t0 時(shí)刻釋放該粒子，粒子會(huì)時(shí)而向A 板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向 B 板運(yùn)動(dòng)，并最終打在 A 板上.則 t0 可能屬于的時(shí)間段是()甲乙圖 6-4-14答案：B