2014高考物理一轮复习课件-带电粒子在电场中的运动(精)

1第3讲电容器带电粒子在电场中的运动2(单选)下列关于电容器和电容的说法中，错误的是()．A．电容器A的体积比B大，说明A的电容一定比B的大B．对于确定的电容器，其带的电荷与两板间的电压(小于击穿电压且不为零)成正比C．无论电容器的电压如何变化(小于击穿电压且不为零)，它所带的电荷与电压比值恒定不变D．电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，其大小与加在两板上的电压无关电容、电容器Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】3解析电容器的电容与电容器的体积、电容器所带的电荷量、电容器两极板间的电压均无关．答案A4(1)组成：由两个彼此_____又相互_____的导体组成．(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的_______．(3)电容器的充、放电充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两板带上等量的_________，电容器中储存_______．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．(1)定义：电容器所带的_________与电容器两极板间的电势差U的比值．【知识存盘】1．电容器2．电容绝缘靠近绝对值异种电荷电场能电场能电荷量Q5(2)定义式：______．(3)物理意义：表示电容器_________本领大小的物理量．(4)单位：法拉(F)1F＝___μF＝1012pF容纳电荷106C＝QU(1)影响因素：平行板电容器的电容与_________成正比，与介质的_________成正比，与两板间的______成反比．3．平行板电容器(2)决定式：C＝εrS4πkd，k为静电力常量．正对面积介电常数距离6(多选)(2013·苏州模拟)如图6－3－1所示，在等势面沿竖直方向的匀强电场中，一带负电的微粒以一定初速度射入电场，并沿直线AB运动，由此可知()．带电粒子在匀强电场中的运动Ⅱ(考纲要求)【思维驱动】图6－3－1A．电场中A点的电势高于B点的电势B．微粒在A点时的动能大于在B点时的动能，在A点时的电势能小于在B点时的电势能C．微粒在A点时的动能小于在B点时的动能，在A点时的电势能大于在B点时的电势能D．微粒在A点时的动能与电势能之和等于在B点时的动能与电势能之和7解析一带负电的微粒以一定初速度射入电场，并沿直线AB运动，其受到的电场力F只能垂直于等势面水平向左，则电场方向水平向右，如图所示，所以电场中A点的电势高于B点的电势，A对；微粒从A向B运动，则合外力做负功，动能减小，电场力做负功，电势能增加，C错、B对；微粒的动能、重力势能、电势能三种能量的总和保持不变，所以D错．答案AB8带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场，带电粒子将做_________运动．有两种分析方法：【知识存盘】(1)用动力学观点分析：a＝qEm，E＝Ud，v2－v20＝2ad.(2)用功能观点分析：粒子只受电场力作用，电场力做的功等于物体动能的变化，qU＝12mv2－12mv20.1．带电粒子在电场中的加速(1)研究条件：带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场．(2)处理方法：类似于平抛运动，应用运动的__________的方法．2．带电粒子在匀强电场中的偏转加(减)速合成与分解9①沿初速度方向做__________运动，运动时间t＝lv0.②沿电场力方向，做____________运动．加速度：a＝Fm＝qEm＝Uqmd离开电场时的偏移量：y＝12at2＝________离开电场时的偏转角：tanθ＝vyv0＝______匀速直线匀加速直线1011一图二结论结论：(1)粒子以一定速度v0垂直射入偏转电场．粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的l2处沿直线射出的．(2)经过相同电场加速，又经过相同电场偏转的带电粒子，其运动轨迹重合，与粒子的带电荷量和质量无关．12A．C和U均增大B．C增大，U减小C．C减小，U增大D．C和U均减小考点一平行板电容器的动态分析【典例1】(单选)(2012·江苏卷，2)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()．13教你审题审题时关键要抓住“动”与“不动”，就是要确定“变量”和“不变量”，最后确定“目标量”，判断解析由平行板电容器电容决定式C＝εrS4πkd知，当插入电介质后，εr变大，则在S、d不变的情况下C增大；由电容定义式C＝QU得U＝QC，又电荷量Q不变，故两极板间的电势差U减小，选项B正确．答案B14【变式跟踪1】(单选)如图6－3－2所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地．一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态．现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离()．图6－3－2A．带电油滴将沿竖直方向向上运动B．P点的电势将降低C．带电油滴的电势能将减少D．若电容器的电容减小，则极板带电荷量将增大15解析因为电容器两板电压不变，当两板间距离d增大，电场强度E减小，φP＝ExP减小，P点的电势降低，故选项A错B对；又根据带电油滴平衡可判断其带负电，它在P点的电势能增大，选项C错误；电容器的电容减小，则极板带电荷量将减小，选项D错，故答案为B.答案B16借题发挥(1)电压不变―→电容器始终与直流电源相连，改变S、d某一个量，判定U、C、Q、E等物理量如何变化．(2)电荷量不变―→电容器充电后与电源断开，改变d或S，判定Q、C、U、E等物理量如何变化．1．对公式C＝QU的理解电容C＝QU的比值，不能理解为电容C与Q成正比、与U成反比，一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的，与电容器是否带电及带电多少无关．2．关于电容器的两类问题173．平行板电容器的动态分析方法(1)确定不变量―→分析是电压不变还是所带电荷量不变．(2)用决定式C＝εrS4πkd―→分析平行板电容器电容的变化．(3)用定义式C＝QU―→分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化．(4)用E＝Ud―→分析电容器极板间电场强度的变化．18【典例2】(多选)(2012·课标全国卷，18)如图6－3－3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()．考点二带电体在匀强电场中的直线运动问题图6－3－3A．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．做匀变速直线运动19解析带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用，一是重力mg，方向竖直向下；二是电场力F＝Eq，方向垂直于极板向上．因二力均为恒力，已知带电粒子做直线运动，所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上，根据牛顿第二定律可知，该粒子做匀减速直线运动，选项D正确，选项A、C错误；从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出，电场力对粒子做负功，粒子的电势能增加，选项B正确．答案BD20【变式跟踪2】如图6－3－4甲所示，在真空中足够大的绝缘水平地面上，一个质量为m＝0.2kg、带电荷量为q＝＋2.0×10－6C的小物块处于静止状态，小物块与地面间的动摩擦因数μ＝0.1.从t＝0时刻开始，在空间加上一个如图乙所示的场强大小和方向呈周期性变化的电场(取水平向右为正方向，g取10m/s2)．求：图6－3－421(1)在第15s末小物块的速度大小；(2)在0～15s内小物块的位移大小．解析(1)在0～2s内小物块的加速度为E1q－μmg＝ma1，即a1＝E1q－μmgm＝2m/s2，位移x1＝12a1t21＝4m，在第2s末小物块的速度为v2＝a1t1＝4m/s，在2～4s内小物块的加速度为：E2q＋μmg＝ma2，a2＝E2q＋μmgm＝2m/s2，位移x2＝x1＝4m，在第4s末小物块的速度为v4＝0，因此小物块做周期为4s的运动，在第14s末的速度为v14＝4m/s，在第15s末小物块的速度为v15＝v14－a2t＝2m/s，22方向向右(t＝1s)．(2)在0～15s内小物块的位移大小可以看做是上述3个周期加上x1和第15s内的位移，则：x15＝v14t－12a2t2＝3m，故在0～15s内小物块的位移为：x＝3(x1＋x2)＋x1＋x15＝31m.答案(1)2m/s方向向右(2)31m23带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法以题说法24【典例3】如图6－3－5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：考点三带电粒子在匀强电场中的偏转问题图6－3－525(1)粒子从射入到打到屏上所用的时间；(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tanα；(3)粒子打到屏上的点P到O点的距离x.解析(1)根据题意，粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动，所以粒子从射入到打到屏上所用的时间t＝2Lv0.(2)设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为vy，根据牛顿第二定律，粒子在电场中的加速度为：a＝Eqm，所以vy＝aLv0＝qELmv0，所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值为tanα＝vyv0＝qELmv20.26(3)法一设粒子在电场中的偏转距离为y，则y＝12aLv02＝12qEL2mv20又x＝y＋Ltanα，解得：x＝3qEL22mv20法二x＝vyLv0＋y＝3qEL22mv20.法三由xy＝L＋L2L2得：x＝3y＝3qEL22mv20.答案(1)2Lv0(2)qELmv20(3)3qEL22mv2027【变式跟踪3】如图6－3－7所示，水平放置的平行板电容器，原来AB两板不带电，B极板接地，它的极板长l＝0.1m，两板间距离d＝0.4cm，现有一微粒质量m＝2.0×10－6kg，带电荷量q图6－3－7＝＋1.0×10－8C，以一定初速度从两板中央平行于极板射入，由于重力作用微粒恰好能落到A板的中点O处，取g＝10m/s2.试求：(1)带电粒子入射初速度v0的大小：(2)现使电容器带上电荷，使带电微粒能从平行板电容器的右侧射出，则带电后A板的电势为多少？28答案(1)2.5m/s(2)6V≤φA≤10V解析(1)电容器不带电时，微粒做平抛运动，则有l2＝v0t，d2＝12gt2，联立两式得v0＝l2gd，代入数据得v0＝2.5m/s.(2)若使微粒能从电容器右侧射出，则要求A板的电势大于0，且B板接地电势等于0，则有UAB＝φA－φB＝φA，A板电势最小时，微粒刚好从A板右侧边缘射出，则有l＝v0t1，d2＝12a1t21，且mg－qφAmind＝ma1，联立以上各式得φAmin＝6V，A板电势最大时，微粒刚好从B板右侧边缘射出，则有qφAmaxd－mg＝ma2，且有a2＝a1，代入数据解得φAmax＝10V，综合可得6V≤φA≤10V.29(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)．(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．在示波管模型中，带电粒子经加速电场U1加速，再经偏转电场U2偏转后，需再经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点P，如图6－3－6所示．借题发挥1．带电粒子在电场中偏转时是否考虑重力2．求解带电粒子偏转问题的思路30(1)确定最终偏移距离思路①图6－3－631思路②(2)确定偏转后的动能(或速度)思路①32思路②33考情分析带电粒子在交变电场中的运动更是高考的难点．今后对带电粒子在电场包括交变电场中的运动与力学结合或与磁场结合应是命题的方向．试题类型此类题型一般有三种情况：(1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解)；(2)粒子做往返运动(一般分段研究)；(3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究)．疑难突破5带电粒子在交变电场中的运动问题34注重全面分析(分析受力特点和运动规律)，抓住粒子的运动具有周期性和在空间上