2020高考物理一轮总复习 第七章 静电场 基础课3 电容器、带电粒子在电场中的运动课件 新人教版

第七章静电场电容器、带电粒子在电场中的运动栏目导航1234板块一双基巩固板块二考点突破板块三素养培优板块四跟踪检测双基巩固固双基、明易错、强化记忆板块一填一填|——知识体系一、常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系1．常见电容器(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____________.绝缘靠近绝对值(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．异种电荷电场能2．电容(1)定义：电容器所带的____________Q与电容器两极板间的电势差U的比值．(2)定义式：C＝______.(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.电荷量QU容纳电荷1063.平行板电容器(1)影响因素：平行板电容器的电容与____________________成正比，与电介质的________________成正比，与极板间距离成反比．极板的正对面积相对介电常数二、带电粒子在匀强电场中的运动1．带电粒子在电场中的加速(1)动力学观点分析：若电场为匀强电场，则有a＝_____，E＝_____，v2－v02＝2ad.(2)功能观点分析：粒子只受电场力作用，满足_______________________.qEmUdqU＝12mv2－12mv022．带电粒子在匀强电场中的偏转(1)条件：以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场，仅受电场力．(2)运动性质：____________运动．(3)处理方法：运动的分解．①沿初速度方向：做____________运动．②沿电场方向：做初速度为零的________________运动．类平抛匀速直线匀加速直线三、示波器的工作原理1．构造：①____________，②偏转极板，③荧光屏．(如图所示)电子枪2．工作原理(1)YY′上加的是待显示的____________，XX′上是机器自身产生的锯齿形电压，叫做____________.(2)观察到的现象：①如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线运动，打在荧光屏____________，在那里产生一个亮斑．②若所加扫描电压和信号电压的____________相等，就可以在荧光屏上得到待测号在一个周期内变化的稳定图象．信号电压扫描电压中心周期判一判|——易混易错(1)电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和．()(2)电容器的电容与电容器所带电荷量成反比．()(3)放电后的电容器电荷量为零，电容也为零．()(4)一个电容器的电荷量增加1.0×10－6C时，两板间电压升高10V，则电容器的电容C＝1.0×10－7F．()×××√(5)带电粒子在匀强电场中只能做类平抛运动．()(6)带电粒子在电场中，只受电场力时，也可以做匀速圆周运动．()(7)示波管屏幕上的亮线是由于电子束高速撞击荧光屏而产生的．()(8)带电粒子在电场中运动时重力一定可以忽略不计．()(9)公式C＝εrS4πkd可用来计算任何电容器的电容．()×√√××记一记|——规律结论1．公式C＝QU是电容的定义式，提供了一种计算电容的方法，而公式C＝εrS4πkd是电容的决定式．2．在分析电容器的动态变化时，要先明确电容器是与电源相接还是与电源断开，电容器接在电源上，电压不变，E＝Ud；断开电源时，电容器电量不变，E∝QS，改变两极板距离，场强不变．3．电偏转问题(1)离开电场时偏移量：y＝12at2＝ql2U2mv02d，离开电场时的偏转角：tanθ＝vyv0＝qlUmv02d.(2)粒子飞出偏转电场时“速度的反向延长线，通过沿极板方向的位移的中心”．(粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板的L2处沿直线射出似的)(3)不同带电粒子从同一电场由静止加速再进入同一偏转电场，所有粒子都从同一点射出，荧光屏上只有一个亮斑．考点突破记要点、练高分、考点通关板块二考点一电容器的动态分析问题——自主练透|记要点|1．平行板电容器动态变化的两种情况(1)电容器始终与电源相连时，两极板间的电势差U保持不变．(2)充电后与电源断开时，电容器所带的电荷量Q保持不变．2．动态分析思路U不变①根据C＝QU＝εrS4πkd，先分析电容的变化，再分析Q的变化．②根据E＝Ud分析场强的变化．③根据UAB＝Ed分析某点电势变化．Q不变①根据C＝QU＝εrS4πkd，先分析电容的变化，再分析U的变化．②根据E＝Ud分析场强的变化.|练高分|1.(2018年北京卷)研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示．下列说法正确的是()A．实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电B．实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小C．实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大D．实验中，只增加极板带电量，静电计指针的张角变大，表明电容增大解析：选A实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，则a板带电，由静电感应，在b板上感应出与a板电性相反的电荷，选项A正确；实验中，只将电容器b板向上平移，正对面积S变小，由C＝εrS4πkd，可知电容C变小，由C＝QU可知，Q不变，U变大，因此静电计指针的张角变大，选项B错误；实验中，只将极板间插入有机玻璃板，相对介电常数εr变大，由C＝εrS4πkd可知电容C变大，由C＝QU可知，Q不变，U变小，静电计指针的张角变小，选项C错误；实验中，只增加极板带电量，电容C不变，由C＝QU，可知静电计指针的张角变大，选项D错误．2.一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．两板间有一个正检验电荷固定在P点，如图所示，以C表示电容器的电容、E表示两板间的场强、φ表示P点的电势，EP表示正电荷在P点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离l0的过程中，下列关于各物理量与负极板移动距离x的关系图象中正确的是()解析：选C电容器的电容C＝εrSkπd－x，两板间距随负极板向右平移而逐渐减小，电容C与x不为一次函数图像，A错误；电容器与电源断开后，电荷量不变，根据E＝Ud，U＝QC，C＝εrS4πkd，可知E＝4πkQεrS保持不变，B错误；负极板接地，电势为零，P点的电势φ等于P点到负极板的电势差，即φ＝Q0－Ex，E不变，x增大，φ线性减小，C正确；由EP＝qφ可知，EP随φ的变化而变化，即EP随l的变化而变化，D错误．3.如图所示，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．一带电油滴位于两极板间的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()A．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．电容器的电容减小，极板带电荷量将增大解析：选B电容器上极板接电源正极，则板间场强方向竖直向下．由于带电油滴在P点恰好处于平衡状态，受力分析如图所示，则油滴带负电．上极板上移，板间距离d变大，板间电压U不变，由E场＝Ed，知E场变小，油滴向下运动，故A选项错误；P点电势等于P点与下极板间电势差，由U＝E场d知，U变小，则P点电势降低，故B选项正确；电势能Ep＝qφ，负电荷在电势低的地方电势能大，则带电油滴的电势能将增加，故C选项错误；电容C＝εrS4πkd，d增大，则C减小，由Q＝CU＝CE，知Q减小，故D选项错误．|反思总结|分析平行板电容器动态变化的三点关键(1)确定不变量：先明确动态变化过程中的哪些量不变，是电荷量保持不变还是极板间电压不变．(2)恰当选择公式：灵活选取电容的决定式和定义式，分析电容的变化，同时用公式E＝Ud分析极板间电场强度的变化情况．(3)若两极板间有带电微粒，则通过分析电场力的变化，分析其运动情况的变化.考点二带电粒子在电场中的直线运动——自主练透|记要点|1．带电粒子在电场中运动时重力的处理基本粒子如电子、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)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.做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F合＝0，粒子做匀速直线运动．(2)粒子所受合外力F合≠0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做加速直线运动或减速直线运动．3．用动力学观点分析a＝F合m，E＝Ud，v2－v02＝2ad.4．用功能观点分析匀强电场中：W＝Eqd＝qU＝12mv2－12mv02.非匀强电场中：W＝qU＝Ek2－Ek1.|练高分|1.如图所示，一充电后的平行板电容器的两极板相距l，在正极板附近有一质量为M、电荷量为q(q0)的粒子；在负极板附近有另一质量为m、电荷量为－q的粒子．在电场力的作用下，两粒子同时从静止开始运动．已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距25l的平面．若两粒子间相互作用力可忽略，不计重力，则M∶m为()A．3∶2B．2∶1C．5∶2D．3∶1解析：选A两粒子同时从静止开始，在电场力作用下做匀加速直线运动，同时经过某一平面，它们在相同时间内位移之比为2∶3，根据x＝12at2，可知它们的加速度之比为2∶3.粒子受到的电场力F＝qE，结合牛顿第二定律，得a＝Fm，由于两粒子所受电场力大小相等，故质量之比应为3∶2，A正确．2.(多选)(2018届四川绵阳高三诊断性考试)如图所示，一平行板电容器的电容为C，带有等量异种电荷的两极板A、B倾斜放置，质量为m、带电荷量为－q的粒子，从极板A上的小孔P以初速度v0水平向右射入极板间，经时间t后粒子又从P孔水平向左离开极板间，粒子运动过程中恰好未与极板B相碰，已知重力加速度为g.则()A．两极板间的距离d＝v0t2B．电容器所带的电荷量Q＝Cmv022qC．两极板间的电场强度大小E＝2mv0qtD．两极板间的电场强度大小E＝mqg2＋4v02t2解析：选BD水平射入的带电粒子能从射入点水平射出说明粒子做匀变速直线运动，且射出时速度大小与射入时速度大小相等．设两极板与水平面的夹角为θ，则水平方向由动量定理有Eqtsinθ＝2mv0；竖直方向有Eqcosθ＝mg，两式联立可得E＝mqg2＋4v02t2，选项D正确，C错误；对粒子从射入两极板间到刚要到达B板的过程，由动能定理有－Uq＝0－12mv02，电容器电容C＝QU，联立可得Q＝CU＝Cmv022q，选项B正确；v0t2是带电粒子在时间t内经过的总路程，不是两极板间的距离，选项A错误．3．如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间的距离为d，上极板正中有一小孔．质量为m、电荷量为＋q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零(空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g)．求：(1)小球到达小孔处的速度；(2)极板间电场强度的大小和电容器所带电荷量；(3)小球从开始下落运动到下极板处的时间．解析：(1)由v2＝2gh，得v＝2gh.(2)在极板间带电小球受重力和电场力作用，由牛顿运动定律知：mg－qE＝ma由运动学公式知：0－v2＝2ad整理得电场强度E＝mgh＋dqd由U＝Ed，Q＝CU，得电容器所带电荷量Q＝Cmgh＋dq.(3)由h＝12gt12,0＝v＋at2，t＝t1＋t2整理得t＝h＋dh2hg.答案：(1)2gh(2)Cmgh＋dqd(3)h＋dh2hg|反思总结|带电粒子在电场中直线运动的分析方法考点三带电粒子在电场中的偏转——师生共研|记要点|1．运动规律(1)沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间a.能飞出电容器：t＝lv0.b.不能飞出电容器：y＝12at2＝qU2mdt2，t＝2mdyqU.(2)沿电场力方向，做匀加速直线运动加速度：a＝F