2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題六 電場 第3講 電容器與電容 帶電粒子在電場中的運動課件.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 考點1 電容 平行板電容器的動態(tài)分析 1 電容器 1 組成 由兩個彼此 且又相互靠近的 組成 絕緣 導(dǎo)體 絕對值 2 帶電量 一個極板所帶電量的 2 電容 比值 1 定義 電容器所帶的電量與兩極板間電勢差的 2 公式 C 3 物理意義 電容是描述電容器 本領(lǐng)大小的物理量 電容C由電容器本身的構(gòu)造因素決定 與U Q無關(guān) 4 單位 1法拉 F 微法 F 皮法 pF 容納電荷 106 1012 3 平行板電容器的電容 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 并且跟板間插入的電介質(zhì) 有關(guān) 正對面積 距離 rS4 kd 2 公式 C k為靜電力常量 考點2 帶電粒子在電場中的運動 示波管 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 運動 類平拋 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 3 示波管 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 1 構(gòu)造 如圖6 3 2所示 圖6 3 2 2 工作原理 如果在偏轉(zhuǎn)電極XX 和YY 之間都沒有加電壓 從電子槍射出的電子沿直線運動 打在熒光屏 在那里產(chǎn) 生一個亮斑 中心 信號電壓 掃描電壓 YY 上加的是待顯示的 XX 上是機器自身的鋸齒形電壓 叫做 若所加掃描電壓和信號電壓的周期相同 就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)變化的圖象 基礎(chǔ)自測 1 2016年新課標(biāo) 卷 一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì) 接在恒壓直流電源上 若將云母介質(zhì)移出 則電容器 A 極板上的電荷量變大 極板間的電場強度變大B 極板上的電荷量變小 極板間的電場強度變大C 極板上的電荷量變大 極板間的電場強度不變D 極板上的電荷量變小 極板間的電場強度不變答案 D 2 2016年天津卷 如圖6 3 3所示 平行板電容器帶有等量異種電荷 與靜電計相連 靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地 在兩極板間有一個固定在P點的點電荷 以E表示兩板間的電場強度 Ep表示點電荷在P點的電勢能 表示靜電計指針的偏角 若保持下極板不動 將上極板向下移動一小段距離 圖6 3 3B 增大 Ep不變D 減小 E不變 至圖中虛線位置 則 A 增大 E增大C 減小 Ep增大答案 D 3 多選 如圖6 3 4所示 M N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板 質(zhì)量為m 電荷量為 q的帶電粒子 不計重力 以初速度v0由小孔進入電場 當(dāng)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 N兩板間距 圖6 3 4 A 使初速度減為原來的 B 使M N間電壓加倍C 使M N間電壓提高到原來的4倍 D 使初速度和M N間電壓都減為原來的 12 答案 BD 12 4 如圖6 3 5所示 有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射入勻強電場 當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U1時 帶電粒子沿 軌跡從兩板正中間飛出 當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U2時 帶電粒子沿 軌跡落到B板中間 設(shè)粒子兩次射入電場的水平速度相同 則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為 A U1 U2 1 8B U1 U2 1 4C U1 U2 1 2 圖6 3 5 D U1 U2 1 1答案 A 熱點1電容器問題的動態(tài)分析 熱點歸納 1 分析比較的思路 1 先確定是Q還是U不變 電容器保持與電源連接 U不 變 電容器充電后與電源斷開 Q不變 2 兩類動態(tài)變化問題的比較 考向1 兩種情況的動態(tài)分析 典題1 如圖6 3 6所示 電路中A B為兩塊豎直放置的金屬板 G是一只靜電計 開關(guān)S合上后 靜電計指針張開 一個角度 下述哪些做法可使指針張角增大 A 使A B兩板靠近一些B 使A B兩板正對面積錯開一些C 斷開S后 使A板向右平移一些D 斷開S后 使A B正對面積錯開一些 圖6 3 6 解析 開關(guān)S閉合 電容器兩端的電勢差不變 等于電源的電動勢 則指針的張角不變 A B項錯誤 斷開S 電容器所帶的電量不變 A板向右平移一些 間距減小 則電容增大 答案 D 考向2 與電容器兩板間場強有關(guān)的問題 典題2 如圖6 3 7所示 一平行板電容器的兩個極板豎直放置 在兩極板間有一帶電小球 小球用一絕緣輕線懸掛于O點 現(xiàn)給電容器緩慢充電 使兩極板所帶電荷量分別為 Q和極板不接觸 求第二次充電使電容器正極板增加 的電荷量 圖6 3 7 考向3 電容器的應(yīng)用 典題3 2016年北京通州一模 目前 電容式觸摸屏的技術(shù)廣泛應(yīng)用于一些手機和觸摸屏上 一層透明的薄膜導(dǎo)體層夾在兩層絕緣玻璃層的中間 這就形成了觸摸屏 在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極 在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個較弱的交流電場 如圖6 3 8所示 在觸摸屏幕時 由于人體是導(dǎo)體 手指與導(dǎo)體層之間被玻璃絕緣層隔開 形成一個電容 在四邊電極與觸點間會有電流流過 而電流強弱與手指到電極的距離成比例 位于觸摸屏幕后的控制器便會計算電流的比例及強弱 準(zhǔn)確算出觸摸 點的位置 關(guān)于電容式觸摸屏 下列說法正確的是 圖6 3 8 A 電容式觸摸屏需要用力觸摸才能產(chǎn)生信號B 電容式觸摸屏的兩極分別是導(dǎo)體層和手指 C 手指與屏的接觸面積越大 電容越大 準(zhǔn)確度越高D 如果手指上帶了棉線手套 也能有效工作 解析 由題意可知 在觸摸屏幕時 由于人體是導(dǎo)體 手指與導(dǎo)體層之間被玻璃絕緣層隔開 形成一個電容 故不需要用力就可以形成一個電容 選項A錯誤 B正確 如果手與屏的接觸面積較大 則觸摸點的位置就不容易確定 選項C錯誤 如果手指上帶了棉線手套 手指就不能稱為導(dǎo)體了 故也就不能與導(dǎo)體層形成電容了 所以就不能工作了 選項D錯誤 答案 B 熱點2 帶電粒子在電場中的直線運動 熱點歸納 1 運動類型 1 帶電粒子在勻強電場中做勻變速直線運動 2 帶電粒子在不同的勻強電場或交變電場中做勻加速 勻減速的往返運動 2 分析思路 1 根據(jù)帶電粒子受到的電場力 用牛頓第二定律求出加速 度 結(jié)合運動學(xué)公式確定帶電粒子的運動情況 2 根據(jù)電場力對帶電粒子所做的功等于帶電粒子動能的變化求解 此方法既適用于勻強電場 也適用于非勻強電場 3 對帶電粒子的往返運動 可采取分段處理 3 研究帶電粒子在電場中的運動時 是否考慮重力要依據(jù) 具體情況而定 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 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 一般都不能忽略重力 考向1 根據(jù)牛頓動力學(xué)分析帶電粒子的直線運動問題 典題4 2015年海南卷 如圖6 3 9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(fù)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 粒子間相互作用力可忽略 不計重力 則M m為 圖6 3 9 A 3 2 B 2 1 C 5 2 D 3 1 答案 A易錯提醒 1 本題易誤認(rèn)為帶電粒子還受重力作用 考向2 根據(jù)功能關(guān)系處理帶電粒子在電場中的直線運動 問題 典題5 2017年新課標(biāo) 卷 如圖6 3 10所示 兩水平面 虛線 之間的距離為H 其間的區(qū)域存在方向水平向右的勻強電場 自該區(qū)域上方的A點將質(zhì)量為m 電荷量分別為q和 q q 0 的帶電小球M N先后以相同的初速度沿平行于電場的方向射出 小球在重力作用下進入電場區(qū)域 并從該區(qū)域的下邊界離開 已知N離開電場時的速度方向豎直向下 M在電場中做直線運動 剛離開電場時的動能為N剛離開電場時動能的1 5倍 不計空氣阻力 重力加速度大小為g 求 圖6 3 10 1 M與N在電場中沿水平方向的位移之比 2 A點距電場上邊界的高度 3 該電場的電場強度大小 解 1 設(shè)帶電小球M N拋出的初速度均為v0 則它們進入電場時的水平速度仍為v0 M N在電場中的運動時間t相等 電場力作用下產(chǎn)生的加速度沿水平方向 大小均為a 在電場中沿水平方向的位移分別為s1和s2 由運動公式可得 v0 at 0 聯(lián)立 式解得 s1 s2 3 1 熱點3 帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn) 熱點歸納 1 帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)的兩個結(jié)論 1 不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場 U0 加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場 U 射出時的偏轉(zhuǎn)角度 總是相同的 2 帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)的功能關(guān)系 當(dāng)討論帶電粒子的末速度v時也可以從能量的角度進行求 差 考向1帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 典題6 多選 2017年四川資陽高三模擬 如圖6 3 11所示 質(zhì)量相同的兩個帶電粒子M N以相同的速度同時沿垂直于電場方向射入兩平行板間的勻強電場中 M從兩極板正中央射入 N從下極板邊緣處射入 它們最后都打在同一點 不計帶電粒子重力和帶電粒子間的相互作用力 則從開始射入到打在上極板的 過程中 圖6 3 11 A 它們運動的時間tN tMB 它們的電勢能減少量之比 EpM EpN 1 2C 它們的動能增量之比 EkM EkN 1 2D 它們所帶的電荷量之比qM qN 1 2 答案 AD 考向2 帶電粒子在電場中的先加速后偏轉(zhuǎn) 典題7 多選 2015年天津卷 如圖6 3 12所示 氕核 氘核和氚核三種粒子從同一位置無初速度地飄入電場線水平向右的加速電場E1中 之后進入電場線豎直向下的勻強電場E2中而發(fā)生偏轉(zhuǎn) 最后打在屏上 整個裝置處于真空中 不計粒子 重力及其相互作用力 那么 A 偏轉(zhuǎn)電場E2對三種粒子做功一樣多B 三種粒子打到屏上時的速度一樣大C 三種粒子運動到屏上所用時間相同 圖6 3 12 D 三種粒子一定打到屏上的同一位置答案 AD 考向3 運用運動的分解思想和功能關(guān)系處理 典題8 2015年新課標(biāo) 卷 如圖6 3 13所示 一質(zhì)量為m 電荷量為q q 0 的粒子在勻強電場中運動 A B為其運動軌跡上的兩點 已知該粒子在A點的速度大小為v0 方向與電場方向的夾角為60 它運動到B點時速度方向與電場方向的夾角為30 不計重力 求A B兩點間的電勢差 圖6 3 13 解 設(shè)帶電粒子在B點的速度大小為vB 粒子在垂直于電場方向的速度分量不變 即 熱點4 帶電粒子在交變電場中的運動 熱點歸納 1 此類題型一般有三種情況 一是粒子做單向直線運動 一般用牛頓運動定律求解 二是粒子做往返運動 一般分段研究 三是粒子做偏轉(zhuǎn)運動 一般根據(jù)交變電場的特點分段研究 2 分析時從兩條思路出發(fā) 一是力和運動的關(guān)系 根據(jù)牛頓第二定律及運動學(xué)規(guī)律分析 二是功能關(guān)系 3 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(guān)的邊界條件 典題9 多選 2017年四川宜賓高三二診 如圖6 3 14甲所示 真空中水平放置兩塊長度為2d的平行金屬板P Q 兩板間距為d 兩板間加上如圖乙所示最大值為U0的周期性變化的電壓 在兩板左側(cè)緊靠P板處有一粒子源A 自t 0時刻開始連續(xù)釋放初速度大小為v0 方向平行于金屬板的相同帶電粒子 t 0時刻釋放的粒子恰好從Q板右側(cè)邊緣離開電場 已知電 2dv0 場變化周期T 的作用力 則 粒子質(zhì)量為m 不計粒子的重力及相互間 甲 乙 圖6 3 14A 在t 0時刻進入的粒子離開電場時速度大小仍為v0 答案 AD 等效法處理疊加場問題等效法是指不同的物理現(xiàn)象 模型 過程等在物理意義 作用效果或物理規(guī)律方面是相同的 它們之間可以相互替代 而保證結(jié)論不變 1 各種性質(zhì)的場 物質(zhì) 與實際物體的根本區(qū)別之一是場具有疊加性 即幾個場可以同時占據(jù)同一空間 從而形成疊加場 2 將疊加場等效為一個簡單場 其具體步驟是 先求出重力與電場力的合力 將這個合力視為一個 等效重力 將 視為 等效重力加速度 再將物體在重力場中做圓周 運動的規(guī)律遷移到等效重力場中分析求解即可 的小球從A點以初速度v0沿水平面運動后滑上圓弧 AB 典題10 如圖6 3 15所示 AB為光滑水平面 BCD為半徑為R的光滑豎直半圓軌道 直徑BD恰好豎直 空間存在水平向右的勻強電場 場強為E 現(xiàn)有一帶電荷量為 q 質(zhì)量為 m qEg 間的距離為L 2R 要使小球恰能到達D點 v0至少為多少 圖6 3 15 正確解析 如圖6 3 16所示 小球受電場力和重力作用 合力大小不變 為F合 mg 方向與水平面成45 角 在M點時速度最小 向心力最大 所以要過D點 在M點時做圓周運動 有 圖6 3 16 觸類旁通 多選 2017年重慶高三一診 如圖6 3 17所示 豎直平面內(nèi)有固定的半徑為R的光滑絕緣圓形軌道 水平勻強電場平行于軌道平面向左 P Q分別為軌道的最高 最低點 一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電小球 可視為質(zhì)點 在軌道 內(nèi)運動 已知重力加速度為g 電場強度E 3mg4q 要使小球能沿 軌道做完整的圓周運動 下列說法正確的是 圖6 3 17 C 小球過Q P點受軌道彈力大小的差值為6mgD 小球過Q P點受軌道彈力大小的差值為7 5mg答案 BC