2019年高考物理一轮复习第七章静电场第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 3 讲 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动 板块一 主干梳理 夯实基础 【知识点 1】 常见电容器 电容器的电压、电荷量和电容的关系 1.电容器 (1)组成：由两个彼此 绝缘 又相互靠近的导体组成。 (2)带电量：一个极板所带电荷量的 绝对值 。 (3)电容器的充电、放电 充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的 异种电荷 ，电容器中储存电场能。 放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中 电场能 转化为其他形式的能。 充电时电流流入正极板，放电时电流流出正极板。 2常见的电容器 (1)分类 ：从构造上可分为 固定 电容器和 可变 电容器。

2、 (2)击穿电压：加在电容器极板上的 极限 电压，超过这个电压，电介质将被击穿，电容器损坏；电容器外壳上标的电压是 额定 电压，这个电压比击穿电压 低 。 3电容 (1)定义：电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值。 (2)定义式： C QU。 (3)单位：法拉 (F)， 1 F 106F 1012 pF。 (4)电容与电压、电荷量的关系 电容 C 的大小由电容器本身结构决定，与电压、电荷量 无关 。不随 Q 变化，也不随电压变化。 由 C QU可推出 C Q U。 4平行板电容器及其电容 (1)影响因素：平行板电容器的电容与两极板 正对面积 成正比，与两极板间介质的 介

3、电常数 成正比，与 两板间的距离 成反比。 (2)决定式： C rS4 kd， k 为静电力常量。 【知识点 2】 带电粒子在匀强电场中的运动 1加速问题 若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子的 动能 的增量。 (1)在匀强电场中： W qEd qU 12mv2 12mv20； (2)在非匀强电场中： W qU 12mv2 12mv20。 2偏转问题 (1)条件分析：不计重力的带电粒子以速度 v0垂直 于电场线方向飞入匀强电场。 (2)运动性质： 类平抛 运动。 (3)处理方法：利用运动的合成与分解。 沿初速度方向：做 匀速直线 运动，运动时间 t lv0。 【 精品教育资

4、源文库 】 沿电场方向：做初速度为零的 匀加速 运动。 基本过程，如图所示 ? 加速度： a Fm qEm qUmd运动时间? a.能飞出平行板电容器： t 10lv0b.打在平行极板上： y 12at2 12 qUmdt2，t 2mdyqU离开电场时的偏移量： y 12at2 11qUl22mv20d离开电场时的偏转角： tan vyv0 12qUlmv20d【知识点 3】 示波管 1构造 示波管的构造如图所示，它主要由 电子枪、偏转电极和荧光屏 组成，管内抽成真空。 2工作原理 (1)如果偏转电极 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 ，打在荧光屏中心，在那里产

5、生一个亮斑。 (2)示波管的 YY 偏转电极上加的是待显示的 信号电压 ， XX 偏转电极上加的是仪器自身产生的锯齿形电压，叫做 扫描电压 。若所加扫描电压和信号电压的 周期相同 ，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个 周期内随时间【 精品教育资源文库 】 变化的稳定图象。 板块二 考点细研 悟法培优 考点 1 平行板电容器的两类动态变化问题 对比分析 1对公式 C QU的理解 电容 C QU，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运用电容的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

6、量，分析是电压不变还是所带电荷量不变。 (2)用决定式 C rS4 kd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分析电容器两极板间电场强度的变化。 3电容器两类问题的比较 分类 充电后与电池两极相连 充电后与电池两极断开 不变量 U Q d 变大 C 变小 Q 变小、 E 变小 C 变小 U 变大、 E 不变 S 变大 C 变大 Q 变大、 E 不变 C 变大 U 变小、 E 变小 r变大 C 变大 Q 变大、 E 不变 C 变大 U 变小、 E 变小 例 1 2017 山东菏泽模拟 如图所示，平行板电容器与电动势为

7、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 (1)电容器与电源连接，不变量是电压还是电荷量？ 【 精品教育资源文库 】 提示： 电压。 (2)电压不变时，如何判断场强变化？ 提示： 依据 E Ud判断。 尝试解答 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

8、 d 变大，板间电压 E 不变，由 E 场 Ed，知 E 场 变小，油滴向下运动， 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 q ，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 rS4 kd， d 增大，则 C 减小，由 Q CU CE，知 Q 减小，所以 D 选项错误。 总结升华 平行板电容器问题的分析 (1)平行板电容器动态变化的两类题型 电容器始终与电源相连， U 恒定不变，则有 Q CU C， C rS4 kd rSd ，两板间场强 E Ud 1d；

9、 电容器充完电后与电源断开， Q 恒定不变，则有 U QC， C rSd ，场强 E Ud QCd 1rS。 (2)分析平行板电容器的两个关键点 确定不变量：首先要明确动态变化过程中的哪些量不变，是保持电量不变还是板间电压不变。 恰当选择公式：要灵活选取电容的两个公式分析电容的变化，应用 E Ud可分析板间电场强度的变化情况。 递进题组 1 (多选 )一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一正电荷 (电量很小 )固定在 P 点，如图所示，以 E 表示两极板间的场强， U 表示电容器的电压， W 表示正电荷在 P 点的电势能。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，则

10、 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A U 变小， E 不变 B E 变大， W 变大 C U 变小， W 不变 D U 不变， W 不变 答案 AC 解析 当平行板电容器充电后与电源断开时，带电量 Q 不变，两极板间场强 E Ud QCd 4 kQrS，所以 E 保持不变，由于板间距 d 减小，据 U Ed 可知，电容器的电压 U 变小， A 正确， B、 D 错误。由于场强 E 保持不变，因此， P 点与接地的负极板即与地的电势差保持不变，即点 P 的电势保持不变，因此电荷在 P 点的电势能 W 保持不变，故 C 正确。 2. 2017 湖南株洲质检 如图所示， R 是一个定值电阻， A

11、、 B 为水平正对放置的两块平行金属板，两板间有一带电微粒 P 处于静 止状态，则下列说法正确的是 ( ) A若增大 A、 B 两金属板的间距，有向右的电流通过电阻 R B若增大 A、 B 两金属板的间距， P 将向上运动 C若紧贴 A 板内侧插入一块一定厚度的金属片， P 将向上运动 D若紧贴 B 板内侧插入一块一定厚度的陶瓷片， P 将向上运动 答案 C 解析 电容器和电源相连，则两极板间的电压恒定，若增大 A、 B 两金属板的间距，根据公式 C rS4 kd可知，电容减小，根据公式 C QU，可得电容器两极板上所带电荷量减小，故电容器放电， R 中有向左的电流， A 项 错误；由于两极板

12、间的电压不变，若增大 A、 B 两金属板的间距，根据公式 E Ud可得两极板间的电场强度减小，微粒 P 受到的电场力小于重力，将向下运动， B 项错误；若紧贴 A 板内侧插入一块一定厚度的金属片，相当于两极板间的距离减小，则电场强度增大，电场力大于重力， P 向上运动， C 项正确；若紧贴 B 板内侧插入一块一定厚度的陶瓷片，相当于 r增大，但两极板间的电场强度不变，电场力不变，微粒 P 仍静止， D 项错误。 考点 2 带电粒子在电场中的直线运动 拓展延伸 【 精品教育资源文库 】 1带电粒子在电场中运动时是否考虑重力的处理方法 (1)基本粒子：如电子、质子、 粒子、离子等，除有说明或明确

13、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，一般都要考虑重力。 2解决带电粒子在电场中的直线运动问题的两种思路 (1)运动状态的分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一条直线上，做加 (减 )速直线运动。 (2)用功与能的观点分析：电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的变化量，即 qU 12mv2 12mv20。 例 2 2018 潍坊月考 如图所示，金属板 A、 B 水平放置，两板中央有小孔 S1、 S2， A、 B 与直流电源连接。闭合开关，从 S1孔正上方 O 处由静止

14、释放一带电小球，小球刚好能到达 S2孔，不计空气阻力，要使此小球从O 点由静止释放后穿过 S2孔，应 ( ) A仅上移 A 板适当距离 B仅下移 A 板适当距离 C断开开关，再上移 A 板适当距离 D断开开关，再下移 A 板适当距离 (1)电场力对小球做什么功？ 提示： 负功。 (2)断开开关，移动 A 板，板间场强如何变化？ 提示 ： 不变。 尝试解答 选 D。 设板间距离为 d， O 距 S1为 h，电源电压为 U，由题意知从 O 释放一带电小球到达 S2孔速度为零，则电场力对小球做负功，由动能定理得： mg(h d) qU 0，若仅上移 A 板适当距离，两板间电压不变，仍满足 mg(h d) qU 0，小球仍刚好能到达 S2，则 A 选项错误；若仅下移 A 板适当距离，到达 S2处速度为零，故 B 选项错误；断开开关， Q 不变，因 E 4 kQrS，则场强 E 不变，由动能定理得： mg(h d) Eq