高考物理一輪總復習 專題六 第3講 電容器與電容 帶電粒子在電場中的運動課件 新人教版.ppt

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第3講電容器與電容帶電粒子在電場中的運動 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大小的物理量 它的大小與電容器本身的結(jié)構(gòu)有關 與U Q無關 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 電容器中儲存電場能 放電 使充電后的電容器失去電荷的過程 放電過程中電 場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 106 1012 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 成反比 并跟板間插入的電介質(zhì)有關 2 公式 C 二 帶電粒子在電場中的運動1 帶電粒子在電場中的直線運動 1 運動狀態(tài)分析 帶電粒子沿與電場線平行的方向進入勻強電場 受到的電場力與運動方向在同一條直線上 做勻變速直線運動 2 用功能觀點分析 電場力對帶電粒子所做的功等于粒子 動能的變化 即qU 2 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)分析 1 運動狀態(tài) 帶電粒子受到恒定的與初速度方向垂直的電 場力作用而做類平拋運動 2 處理方法 類似于平拋運動的處理方法 如圖6 3 1所示 圖6 3 1 勻速直線 勻加速直線 基礎檢測 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(xiāng) 在正極板附近有一質(zhì)量為M 電荷量為q q 0 的粒子 在負極板附近有另一質(zhì)量為m 電荷量為 q的粒子 在電場力的作用下 兩粒子同時從靜止開始運動 已知兩粒子同若兩粒子間相互作用力可忽略 不計重力 則 M m為 圖6 3 2 A 3 2 B 2 1 C 5 2 D 3 1 答案 A 考點1 平行板電容器的動態(tài)分析 重點歸納 第一類動態(tài)變化 電容器兩極板間電壓不變 第二類動態(tài)變化 電容器所帶電荷量不變 考點練透 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靜止在電容器中 當把金屬板從電容器中快速抽出后 粒 子P開始運動 重力加速度為g 粒子運動加速度為 圖6 3 3 答案 A 2 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 電路達到穩(wěn)定時 帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動 如果僅改變下列某一個條件 油滴仍能靜止不動的是 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 4 D 斷開電鍵S答案 B 考點2 帶電粒子在電場中的加速運動分析 重點歸納 2 帶電粒子在電場中運動時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 板間有勻強電場 質(zhì)量為m 電荷量為 q的帶電粒子 以初速度v0由小孔進入電場 當M N間電壓為U時 粒子剛好能到達N板 如果要使這個帶電粒子能到達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 考點練透 3 2016年重慶第一中學月考 如圖6 3 6甲所示 傾角為 30 的光滑固定斜桿底端固定一個帶負電 電量為Q 2 10 4C的小球A 將一可視為質(zhì)點的帶電小球B從斜桿的底端 a點 與A靠得很近 但未接觸 靜止釋放 小球沿斜面向上滑動過程中速度v隨位移s的變化圖象如圖乙所示 已知重力加速度g 10m s2 靜電力常量 k 9 109N m2 C2 求 2 小球B在b點時速度到達最大 求a b兩點的電勢差 甲 乙 圖6 3 6 4 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 穿過小孔到達下極板處速度恰為零 空氣阻力忽略不計 極板間電場可視為勻強電場 重力加速度為g 求 1 小球到達小孔處的速度 2 極板間電場強度大小和電容器所帶電荷量 3 小球從開始下落運動到下極板處的時間 圖6 3 7 考點3 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題 重點歸納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垂直于電場線方向射入勻強偏轉(zhuǎn)電場 偏轉(zhuǎn)電壓為U1 若粒子飛出電場時偏 圖6 3 8 結(jié)論 動能一定時tan 與q成正比 電荷量相同時tan 與動能成反比 2 已知加速電壓U0 若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)過同一加速電壓U0加速后進入偏轉(zhuǎn)電場的 則由動能定理有 結(jié)論 粒子的偏轉(zhuǎn)角與粒子的q m無關 僅取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 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 進入偏轉(zhuǎn)電場的 得 結(jié)論 粒子的偏轉(zhuǎn)距離與粒子的q m無關 僅取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 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D 15cm 求電子打在熒光屏上產(chǎn)生的光 點偏離中心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)電極板的長度L 3cm 兩板間的電場是均勻的 E 1 2 104V m E的方向垂直管軸 一個電子以初速度v0 2 0 107m s沿管軸注入 已知電子質(zhì)量m 9 0 10 31kg 電荷量q 1 6 10 19C 求 思維點撥 將粒子的運動分為兩部分 第一部分是在偏轉(zhuǎn)場中的類平拋運動 第二部分是出了偏轉(zhuǎn)電場后的勻速直線運動 代入數(shù)據(jù) 解得2 64 10 2m 備考策略 利用類平拋運動的規(guī)律 將復雜的曲線運動分解為兩個簡單的直線運動 所以Y y Dtan 考點練透 5 2014年山東卷 如圖6 3 10所示 場強大小為E 方向豎直向下的勻強電場中有一矩形區(qū)域abcd 水平邊ab長為s 豎直邊ad長為h 質(zhì)量均為m 帶電量分別為 q和 q的兩粒子 由a c兩點先后沿ab和cd方向以速率v0進入矩形區(qū) 兩粒子不同時出現(xiàn)在電場中 不計重力 若兩粒子軌跡恰好相切 則v0 等于 圖6 3 10 答案 B 6 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d 8cm 板長為l 25cm 接在直流電源上 有一帶電液滴以v0 0 5m s的初速度從板間的正中央水平射入 恰好做勻速直線運動 當它運動到P處時迅速將 1 將下板向上提起后 液滴的加速度大小 2 液滴從射入電場開始計時 勻速運動到P 點所用時間為多少 g取10m s2 圖6 3 11 方法 帶電粒子在交變電場中的運動 1 常見的交變電場常見的產(chǎn)生交變電場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 粒子做單向直線運動 一般用牛頓運動定律求解 2 粒子做往返運動 一般分段研究 3 粒子做偏轉(zhuǎn)運動 一般根據(jù)交變電場特點分段研究 3 解答帶電粒子在交變電場中運動的思維方法 1 注重全面分析 分析受力特點和運動規(guī)律 抓住粒子的運動具有周期性和在空間上具有對稱性的特征 求解粒子運動過程中的速度 位移 做功或確定與物理過程相關的邊界條件 2 分析時從兩條思路出發(fā) 一是力和運動的關系 根據(jù)牛 頓第二定律及運動學規(guī)律分析 二是功能關系 3 注意對稱性和周期性變化關系的應用 例3 如圖6 3 12所示 真空中相距d 5cm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 電勢為零 A板電勢變化的規(guī)律如圖6 3 13所示 將一個質(zhì)量為2 10 27kg 電量q 1 6 10 19C的帶電粒子從緊臨B板處釋 放 不計重力 圖6 3 12 圖6 3 13 求 1 在t 0時刻釋放該帶電粒子 釋放瞬間粒子加速度的大小 2 若A板電勢變化周期T 1 0 10 5s 在t 0時將帶電 粒子從緊臨B板處無初速釋放 粒子到達A板時速度的大小 B板處無初速釋放該帶電粒子 粒子不能到達A板 審題突破 1 由圖可知兩板間開始時的電勢差 由U Ed可求得兩板間的電場強度 則可求得電場力 由牛頓第二定律可求得加速度的大小 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 由運動學公式可求出速度 3 要使粒子不能到達A板 應讓粒子在向A板運動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 故粒子的受力發(fā)生周期性變化 本題應通過受力情況先確定粒子的運動情況 再確定兩板間電勢的變化頻率 周期性變化的電場在高考中也常出現(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 一重力可忽略不計的帶正電粒子被固定在兩板的正中間P處 若在t0時刻釋放該粒子 粒子會時而向A板運動 時而向B板運動 并最終打在A板上 則t0可能屬于 的時間段是 甲 乙 圖6 4 14 答案 B