2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 靜電場 第3節(jié) 電容器 帶電粒子在電場中的運動課件 新人教版.ppt

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第3節(jié)電容器帶電粒子在電場中的運動 知識梳理 考點自診 一 電容器1 電容器 1 組成 由兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體組成 2 帶電荷量 一個極板所帶電荷量的絕對值 3 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 知識梳理 考點自診 2 電容 1 定義 電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值 3 物理意義 表示電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量 4 單位 法拉 F 1F 106 F 1012pF 3 平行板電容器 1 影響因素 平行板電容器的電容與正對面積成正比 與介質(zhì)的介電常數(shù)成正比 與兩極板間距離成反比 知識梳理 考點自診 二 帶電粒子在電場中的運動1 加速問題 1 在勻強(qiáng)電場中 W qEd qU 2 在非勻強(qiáng)電場中 W qU 2 偏轉(zhuǎn)問題 1 條件分析 不計重力的帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強(qiáng)電場 2 運動性質(zhì) 勻變速曲線運動 3 處理方法 利用運動的合成與分解 沿初速度方向 做勻速運動 沿電場方向 做初速度為零的勻加速運動 知識梳理 考點自診 知識梳理 考點自診 三 示波管1 示波管裝置示波管由電子槍 偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成 管內(nèi)抽成真空 如圖所示 知識梳理 考點自診 2 工作原理 1 如果在偏轉(zhuǎn)電極XX 和YY 之間都沒有加電壓 則電子槍射出的電子束沿直線運動 打在熒光屏中心 在那里產(chǎn)生一個亮斑 2 YY 上加的是待顯示的信號電壓 XX 上是機(jī)器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓 叫作掃描電壓 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)隨時間變化的穩(wěn)定圖象 知識梳理 考點自診 1 多選 有一只電容器的規(guī)格是 1 5 F 9V 那么 A 這只電容器上的電荷量不能超過1 5 10 5CB 這只電容器上的電荷量不能超過1 35 10 5CC 這只電容器的額定電壓為9VD 這只電容器的擊穿電壓為9V 答案 解析 知識梳理 考點自診 2 關(guān)于電容器及其電容 下列說法正確的是 A 平行板電容器一板帶電 Q 另一板帶電 Q 則此電容器不帶電B 由公式C 可知 電容器的電容隨電荷量Q的增加而增大C 對一個電容器來說 電容器的電荷量與兩板間的電勢差成正比D 如果一個電容器兩板間沒有電壓 就不帶電荷 也就沒有電容 答案 解析 知識梳理 考點自診 3 一充電后的平行板電容器保持兩極板的正對面積 間距和電荷量不變 在兩極板間插入一電介質(zhì) 其電容C和兩極板間的電勢差U的變化情況是 A C和U均增大B C增大 U減小C C減小 U增大D C和U均減小 答案 解析 知識梳理 考點自診 4 如圖所示 電子由靜止開始從A板向B板運動 到達(dá)B板的速度為v 保持兩極間電壓不變 則 A 當(dāng)減小兩板間的距離時 速度v增大B 當(dāng)減小兩極間的距離時 速度v減小C 當(dāng)減小兩極間的距離時 速度v不變D 當(dāng)減小兩極間的距離時 電子在兩極間運動的時間變長 答案 解析 知識梳理 考點自診 5 如圖所示 質(zhì)子以相同的初動能垂直射入偏轉(zhuǎn)電場 粒子不計重力 則這兩個粒子射出電場時的側(cè)位移y之比為 A 1 1B 1 2C 2 1D 1 4 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 平行板電容器的動態(tài)分析1 三先三后 1 先看常量 后看變量 2 在變量中先看自變量 后看因變量 3 先定性分析 再定量計算 2 平行板電容器的動態(tài)分析問題的兩種情況歸納 1 平行板電容器充電后 保持電容器的兩極板與電池的兩極相連接 命題點一 命題點二 命題點三 2 平行板電容器充電后 切斷與電池的連接 命題點一 命題點二 命題點三 例1 2016 天津卷 如圖所示 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 在兩極板間有一固定在P點的點電荷 以E表示兩板間的電場強(qiáng)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至圖中虛線位置 則 A 增大 E增大B 增大 Ep不變C 減小 Ep增大D 減小 E不變 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 思維點撥首先要分清電容器問題的兩種情況 電容器帶電荷量一定和電容器兩板間電勢差一定 其次要掌握三個基本公式 C Q CU 同時記住一個特殊的結(jié)論 電容器帶電荷量一定時 電容器兩板間的電場強(qiáng)度大小與兩板間距無關(guān) 命題點一 命題點二 命題點三 即學(xué)即練1 2016 全國卷 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 極板間電場強(qiáng)度變大B 極板上的電荷量變小 極板間電場強(qiáng)度變大C 極板上的電荷量變大 極板間電場強(qiáng)度不變D 極板上的電荷量變小 極板間電場強(qiáng)度不變 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 2 2017 江蘇卷 如圖所示 三塊平行放置的帶電金屬薄板A B C中央各有一小孔 小孔分別位于O M P點 由O點靜止釋放的電子恰好能運動到P點 現(xiàn)將C板向右平移到P 點 則由O點靜止釋放的電子 A 運動到P點返回B 運動到P和P 點之間返回C 運動到P 點返回D 穿過P 點 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的直線運動1 做直線運動的條件 1 粒子所受合外力F合 0 粒子靜止或做勻速直線運動 2 粒子所受合外力F合 0 且與初速度方向在同一條直線上 帶電粒子將做勻加速直線運動或勻減速直線運動 2 用動力學(xué)觀點分析 3 用功能觀點分析 命題點一 命題點二 命題點三 例2如圖所示 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m0 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 已知兩粒子同時經(jīng)過一平行于正極板且與其相距l(xiāng)的平面 若兩粒子間相互作用力可忽略 不計重力 則m0 m為 A 3 2B 2 1C 5 2D 3 1 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 思維點撥 1 帶電體是否考慮重力的判斷 1 微觀粒子 如電子 質(zhì)子 離子等 一般都不計重力 2 帶電微粒 如油滴 液滴 塵埃 小球等 一般要考慮重力 3 原則上 所有未明確交代的帶電體 都應(yīng)根據(jù)題中運動狀態(tài)和過程 反推是否考慮重力 即隱含條件 命題點一 命題點二 命題點三 2 帶電體在勻強(qiáng)電場中的直線運動問題的分析方法 命題點一 命題點二 命題點三 即學(xué)即練3 2017 廣東汕尾城區(qū)校級月考 如圖所示 板長l 4cm的平行板電容器 板間距離d 3cm 板與水平線夾角 37 兩板所加電壓為U 100V 有一帶負(fù)電液滴 電荷量為q 3 10 10C 以v0 1m s的水平速度自A板邊緣水平進(jìn)入電場 在電場中仍沿水平方向并恰好從B板邊緣水平飛出 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 液滴的質(zhì)量 2 液滴飛出時的速度 命題點一 命題點二 命題點三 解析 1 根據(jù)題意畫出帶電液滴的受力圖如圖所示 可得qEcos mg 代入數(shù)據(jù)得m 8 10 8kg 2 因液滴沿水平方向運動 所以重力做功為零 對液滴由動能定理得 命題點一 命題點二 命題點三 4 2017 北京東城區(qū)檢測 如圖所示 一電荷量為 q 質(zhì)量為m的小物塊處于一傾角為37 的光滑斜面上 整個裝置被置于一水平向右的勻強(qiáng)電場中 小物塊恰好靜止 重力加速度為g sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 水平向右電場的電場強(qiáng)度的大小 2 若將電場強(qiáng)度減小為原來的 小物塊的加速度是多大 3 電場強(qiáng)度變化后小物塊下滑距離L時的動能 命題點一 命題點二 命題點三 解析 1 小物塊靜止在斜面上 受重力 電場力和斜面支持力 如圖所示 則FNsin37 qE FNcos37 mg 3 電場強(qiáng)度變化后小物塊下滑距離L時 重力做正功 電場力做負(fù)功 由動能定理得mgLsin37 qE Lcos37 Ek 0可得Ek 0 3mgL 命題點一 命題點二 命題點三 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)求解電偏轉(zhuǎn)問題的兩種思路以示波管模型為例 帶電粒子經(jīng)加速電場U1加速 再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場U2偏轉(zhuǎn)后 需再經(jīng)歷一段勻速直線運動才會打到熒光屏上而顯示亮點P 如圖所示 1 確定最終偏移距離OP的兩種方法方法1 命題點一 命題點二 命題點三 方法2 2 確定粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場后的動能 或速度 的兩種方法方法1 命題點一 命題點二 命題點三 利用動能定理求粒子偏轉(zhuǎn)后的動能時 電場力做功W qU qEy 其中 U 為初末位置的電勢差 而不一定是U 命題點一 命題點二 命題點三 例3 2017 黑龍江哈爾濱香坊區(qū)二模 如圖甲所示 熱電子由陰極飛出時的初速度忽略不計 電子發(fā)射裝置的加速電壓為U0 電容器板長和板間距離均為L 10cm 下極板接地 電容器右端到熒光屏的距離也是L 10cm 在電容器兩極板間接一交流電壓 上極板的電勢隨時間變化的圖象如圖乙所示 每個電子穿過平行板的時間極短 可以認(rèn)為電壓是不變的 命題點一 命題點二 命題點三 1 在t 0 06s時刻進(jìn)入的電子打在熒光屏上的何處 2 熒光屏上有電子打到的區(qū)間有多長 3 屏上的亮點如何移動 答案 1 在t 0 06s時刻 電子打在熒光屏上的y 13 5cm 2 熒光屏上有電子打到的區(qū)間有30cm 3 亮點在豎直方向做直線運動 解析 1 由題圖知t 0 06s時偏轉(zhuǎn)電壓為U 1 8U0 設(shè)電子質(zhì)量為m 電荷量為e電子在加速電場中加速 命題點一 命題點二 命題點三 聯(lián)立解得y 0 45L 4 5cm設(shè)電子打在屏上的點偏離O點的距離為y 則因為粒子離開偏轉(zhuǎn)電場速度的反向延長線經(jīng)過偏轉(zhuǎn)極板中軸線的中點 根據(jù)相似三角形得 代入數(shù)據(jù)解得y 13 5cm 故打在屏上的點距O點13 5cm 2 電子的最大側(cè)移是0 5L 由 兩式得 Umax 2 0U0所以熒光屏上電子的最大側(cè)位移 能打到的區(qū)間長為2ymax 3L 30cm 3 亮點在豎直方向做直線運動 命題點一 命題點二 命題點三 思維點撥 1 由圖象得到t 0 06s時的偏轉(zhuǎn)電壓 根據(jù)電子在電場中加速再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場做類平拋運動 根據(jù)偏轉(zhuǎn)電壓求出電子在電場中的加速度 根據(jù)類平拋運動求解即可 2 根據(jù)電子在偏轉(zhuǎn)電場中運動 根據(jù)類平拋運動知識電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的最大偏轉(zhuǎn)距離為 由此根據(jù)類平拋運動求出從極板邊緣飛出的電子的偏轉(zhuǎn)電壓 根據(jù)幾何知識求解打在屏上的電子區(qū)間 3 由亮點的偏轉(zhuǎn)范圍可得其運動情況 命題點一 命題點二 命題點三 抓住帶電粒子經(jīng)加速電場加速后 在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運動 能根據(jù)類平拋運動知識求解相關(guān)問題 靈活運用運動的合成與分解是關(guān)鍵 命題點一 命題點二 命題點三 即學(xué)即練5 2017 山東日照三模 a b c是三個電荷量相同 質(zhì)量不同的帶電粒子 以相同的初速度由同一點垂直電場強(qiáng)度方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 僅在電場力的作用下 運動軌跡如圖所示 其中b恰好沿著極板邊緣飛出電場 粒子a b c在電場中運動的過程中 下列說法正確的是 A a b運動的時間相同B a的質(zhì)量最大 c的質(zhì)量最小C 動量的增量相比 a的最小 b和c的一樣大D 動能的增量相比 c的最大 a和b的一樣大 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 6 如圖甲所示 離子源產(chǎn)生的正離子由離子源飛出時的速度可忽略不計 離子離開離子源后進(jìn)入一加速電壓為U0的加速電場 偏轉(zhuǎn)電場極板間的距離為d 極板長為l 2d 偏轉(zhuǎn)電場的下極板接地 偏轉(zhuǎn)電場極板右端到豎直放置的足夠大的熒光屏之間的距離也為l 現(xiàn)在偏轉(zhuǎn)電場的兩極板間接一周期為T的交流電壓 上極板的電勢隨時間變化的圖象如圖乙所示 設(shè)正離子的電荷量為q 質(zhì)量為m 大量離子從偏轉(zhuǎn)電場中央持續(xù)射入 穿過平行板的時間都極短 命題點一 命題點二 命題點三 1 試計算離子剛進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時的速度v0的大小 2 在電勢變化的過程中發(fā)現(xiàn)熒光屏有 黑屏 現(xiàn)象 即無正離子到達(dá)熒光屏 試計算每個周期內(nèi)熒光屏黑屏的時間t 3 離子打到熒光屏上的區(qū)間的長度x 解析 1 由題意可知 離子剛進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時的速度大小恰為離子射出加速電場時的速度大小 由動能定理可得 命題點一 命題點二 命題點三 2 由題意可知 只要正離子能射出偏轉(zhuǎn)電場 即可打到熒光屏上 因此當(dāng)離子打在偏轉(zhuǎn)電場的極板上時 出現(xiàn) 黑屏 現(xiàn)象 設(shè)離子剛好能射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)電壓為U 由題圖乙可知 偏轉(zhuǎn)電壓U在0 5U0 U0之間變化時 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的離子無法射出偏轉(zhuǎn)電場打在熒光屏上 因此每個周期內(nèi)出現(xiàn) 黑屏 的時間為t 命題點一 命題點二 命題點三 3 設(shè)離子射出偏轉(zhuǎn)電場時的最大側(cè)移量為y 打在熒光屏上的位置