2013高考物理复习参考课件：选修3-1.6.3电容器与电容、带电粒子在电场中的运动-(沪科版)

1.如图所示，把原来不带电的金属球壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则（）A.B带正电B.B不带电C.B的外表面带正电D.B带负电【解析】选D.根据静电平衡的特点可知：金属球壳是一等势体，其内外表面电势相等；静电感应使球壳内表面带负电，外表面不带电（接地），故A、B、C错，D对.2.（2011·南阳模拟）如图一个电容器与电池相连，增大电容器两极板间的距离，则下列说法中正确的是（）A.电容器电容增大B.电容器极板电量增加C.在增大极板间距离过程中，电路中电流方向如题图所示D.原来静止在电容器极板间的电荷将向上加速运动【解析】选C.根据C∝和Q=CU得：d增大，电容C减小，又电压U恒定，所以电荷量Q减小，电容器放电，电场强度E减小，故答案为C.Sd3.如图所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动，指出下列对电子运动的描述中错误的是（设电源电动势为U）()A.电子到达B板时的动能是U（eV）B.电子从B板到达C板动能变化量为零C.电子到达D板时动能是3U（eV）D.电子在A板和D板之间做往复运动【解析】选C.由电路图可得，电子在A、B板间加速运动，电场力做正功U（eV），在B、C板间匀速运动，在C、D板间减速运动，电场力做负功-U（eV），所以电子在D板处速度为零，电子在A板和D板之间做往复运动，所以答案为C.4.（2011·厦门模拟）如图所示,竖直放置的两个平行金属板间有匀强电场,在两板之间等高处有两个质量相同的带电小球,P小球从紧靠左极板处由静止开始释放,Q小球从两板正中央由静止开始释放,两小球最后都能打在右极板上的同一点.则从开始释放到打到右极板的过程中（）A.它们的运行时间tP=tQB.它们的电荷量之比qP∶qQ=1∶1C.它们的动能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ=4∶1D.它们的电势能减少量之比ΔEP∶ΔEQ=2∶1【解析】选A.由于两小球打在同一个点，所以在竖直方向做自由落体的时间是相同的，所以A正确.根据分运动的等时性,沿电场方向加速时间也相等,由可得Q球的加速度较小,即所带电量较小,所以B错误.由aP=2aQ,所以电场力FP=2FQ,而水平方向sP=2sQ,由功的公式知,电场力做功WP=4WQ,所以电势能变化是4倍的关系.但合力做功不是4倍关系.由功能关系可知C、D错误.故选A.2htg21sat,221sat,25.（2011·广州模拟）如图所示，在真空中水平放置一对平行金属板，板间距离为d，板长为l，加电压U后，板间产生一匀强电场，一质子（质量为m，电量为q）以初速度v0垂直电场方向射入匀强电场，（1）求质子射出电场时的速度.（2）求质子射出电场时的偏转距离.【解析】(1)质子通过电场的时间为：①金属板间的电场强度为②质子在竖直方向做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可求得加速度为：③质子离开电场时竖直分速度为：v⊥=at④由①②③④式可以解得：v⊥=⑤0ltvUEdFqEamm0qUlmdv质子离开电场时的速度实质是两分运动在此时刻的合速度，大小为方向：(2)粒子从偏转电场中射出时偏转距离为：把①②③式代入上式解得：答案：(1)与水平方向的夹角为(2)2222000qUlvvvv()mdv200vqUltanvmdv，20qUlarctanmdv21yat2220qUly2mdv2200qUlvmdv（）20qUlarctanmdv220qUl2mdv一、平行板电容器的动态分析1.运用电容器定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路（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∝分析平行板电容器电容的变化.（3）用定义式C=分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化.（4）用E=分析平行板电容器极板间匀强电场场强的变化.SdQUUd2.电容器两类动态变化的分析比较（1）第一类动态变化：两极板间电压U恒定不变（2）第二类动态变化：电容器所带电荷量Q恒定不变在分析平行板电容器的动态变化时必须抓住两个关键点：①确定不变量；②恰当选择公式.【例证1】（2011·阜阳模拟）如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒.S闭合时，该微粒恰好能保持静止.在以下两种情况下：①保持S闭合，②充电后将S断开.下列说法能实现使该带电微粒向上运动打到上极板的是（）A.①情况下，可以通过上移极板M实现B.①情况下，可以通过上移极板N实现C.②情况下，可以通过上移极板M实现D.②情况下，可以通过上移极板N实现【解题指导】解答本题应注意以下两点：【自主解答】选B.保持S闭合的分析：因为第①种情况下两板间电压U不变，所以电场强度E=U/d，只有d减小，E增大，电场力增大，带电微粒才向上运动打到上极板M上，故可以通过下移极板M或者上移极板N来实现，选项A错，B正确；充电后将S断开的分析：因为第②种情况下两极板带电荷量Q不变，根据Q=CU，C∝及E=可得，E∝可以看出E与两板间距离d无关，所以无论怎样移动M、N两极板改变两板间的距离，场强E、电场力F都不变，带电微粒都处于静止状态，选项C、D错误，B正确.SdUdQS，【规律方法】含电容电路问题的解题技巧（1）先确定电容器的不变量（U或Q）.（2）只有当电容器的带电量Q发生变化时，电容器才能发生充电或放电现象，电路中才有电流.（3）通过观察带正电的极板上的电荷的增、减确定充、放电时电路中电流的方向.（4）当电路充、放电完毕时，电路中无电流.二、带电粒子在电场中的平衡与直线运动1.带电粒子在电场中运动时重力的处理（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，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力.2.带电粒子在电场中的平衡解题步骤:①选取研究对象.②进行受力分析，注意电场力的方向特点.③由平衡条件列方程求解.3.带电粒子在电场中的变速直线运动可用运动学公式和牛顿第二定律求解或从功能角度用动能定理或能量守恒定律求解.带电粒子在匀强电场中所受电场力恒定，方向与电场线平行，所受重力恒定，方向竖直向下，因此粒子在匀强电场与重力场的复合场中一定做匀变速运动.轨迹可能为直线，也可能为曲线.【例证2】（13分）如图所示，一个质量为m，带电荷量为+q的粒子在O点以初速度v0跟水平方向成θ角射出，如果在某方向上加上一定大小的匀强电场后，可使粒子沿初速度方向做直线运动.（1）求所加最小匀强电场的场强的大小及方向；（2）若加上水平向左、大小一定的匀强电场，求当粒子速度为零时距O点的距离.【解题指导】求解此题应把握以下三点【标准解答】（1）当场强方向与v0垂直时电场强度最小，（3分）设为E，如图（2分）所以（1分）EqcosmgmgcosEq（2）解法一：如图所示，由牛顿第二定律得：（3分）所以（1分）粒子做匀减速运动的位移（3分）mgmasingasin222000vvvsins2a2g/sin2g解法二：由动能定理得：（5分）所以（2分）答案：（1）垂直v0斜向上（2）20mg1s0mvsin220vsins2gmgcos q20vsin2g三、带电粒子在匀强电场中的偏转1.粒子的偏转角（1）以初速度v0进入偏转电场：如图所示，设带电粒子质量为m，带电荷量为q，以速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转电压为U1，若粒子飞出电场时偏转角为θ，则式中代入得①结论：动能一定时tanθ与q成正比，电荷量相同时tanθ与动能成反比.yxvtanv，yx00qUlvatvvmdv，，120qUltanmvd（2）经加速电场加速再进入偏转电场不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有：由①②式得：结论：粒子的偏转角与粒子的q、m无关，仅取决于加速电场和偏转电场.2001qUmv2②10Ultan2Ud③2.粒子在匀强电场中偏转时的两个结论（1）以初速度v0进入偏转电场作粒子速度的反向延长线，设交于O点，O点与电场边缘的距离为x，则结论：粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的处沿直线射出.2210qU11lyat()22mdv④2201201mvdqUllxycot2dmvqUl2l2（2）经加速电场加速再进入偏转电场：若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由②和④得：偏移量：上面③式偏转角正切为：结论：无论带电粒子的m、q如何，只要经过同一加速电场加速，再垂直进入同一偏转电场，它们飞出的偏移量y和偏转角θ都是相同的，也就是轨迹完全重合.210Uly4Ud⑤10Ultan2Ud＝（1）位移与入射方向的夹角为α，速度与入射方向的夹角为θ，则tanθ=2tanα.（2）偏转位移是沿电场线方向的位移.【例证3】（2011·洛阳模拟）（15分）如图所示，两平行金属板A、B长L=8cm，两板间距离d=8cm，A板比B板电势高300V.一带正电的粒子电荷量q=10-10C，质量m=10-20kg，沿电场中心线RO垂直电场线飞入电场，初速度v0=2×106m/s，粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后，进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域，（设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响）.已知两界面MN、PS相距为12cm，D是中心线RO与界面PS的交点，O点在中心线上，距离界面PS为9cm，粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上.（静电力常量k=9.0×109N·m2/C2）（1）求粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离为多远？到达PS界面时离D点多远？（2）在图上粗略画出粒子运动的轨迹.【解题指导】解答本题时可按以下思路分析：【标准解答】（1）粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离（侧向位移）（5分）2201022061qULyat22mdv103000.08m2100.082100.03cm3cm（）（）带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动，其轨迹与PS线交于E，设E到中心线的距离为Y.则（5分）2y01062061210Yvyv0.12103000.08m0.03m210100.082100.12m12cm（）（2）第一段是抛物线，第二段是直线，第三段是曲线，轨迹如图所示.（5分）答案：（1）3cm12cm（2）图见标准解答【规律方法】解答此类问题应从以下两方面入手：（1）对复杂过程分析粒子进入电场的方式，电场的分布特点.要善于分段分析，联系力学中的物理模型，从受力情况、运动情况、能量转化等角度去研究.（2）经常把电场与牛顿定律、动能定理、功能关系、运动学知识、电路知识等综合起来，把力学中处理问题的方法迁移到电场中去，只是在受力分析时不要忘记电场力.【例证4】如图所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场.电量为q、动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场，不计重力.（1）若粒子从c点离开电场，求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能；（2）若粒子离开电场时动能为Ek′，则电场强度为多大？【标准解答】答案：因错误判断带电体的运动情况而出错质量为m的物块，带正电Q，开始时让它静止在倾角α=60°的固定光滑绝缘斜面顶端，整个装置放在水平方向、大小为E=mg/Q的匀强电场中，如图所示，斜面高为H，释放物块后，物块落地时的速度大小为（）A.B.C.D.2gH5gH222gH22gH33【易错分析】对易错选项及错误原因具体分析如下：【正确解答】将重力和电场力合成如图所示，合力的方向与水平方向成