2021版高考物理一轮复习第六章静电场课时3电容器带电粒子在电场中的运动课件新人教版.ppt

1、课时课时3 3电容器带电粒子在电场中的运动电容器带电粒子在电场中的运动基础梳理基础梳理一、电容器、电容一、电容器、电容1.1.电容器电容器(1)(1)组成组成:由两个彼此由两个彼此 又相距又相距 的导体组成。的导体组成。(2)(2)带电荷量带电荷量:一个极板所带电荷量的一个极板所带电荷量的 。(3)(3)电容器的充、放电电容器的充、放电充电充电:使电容器带电的过程使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的充电后电容器两极板带上等量的 ,电电容器中储存容器中储存 。放电放电:使充电后的电容器失去电荷的过程使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中放电过程中 转化为其他转化为其他形式的能。形

2、式的能。绝缘绝缘很近很近绝对值绝对值异号电荷异号电荷 电场能电场能电场能电场能正对面积正对面积(2)(2)单位单位:法拉法拉(F),1 F=10(F),1 F=106 6 F=10 F=101212 pF pF。3.3.平行板电容器平行板电容器(1)(1)影响因素影响因素:平行板电容器的电容与平行板电容器的电容与 成正比成正比,与介质的相对与介质的相对介电常数成介电常数成 比比,与与 成反比。成反比。正正两极板间距离两极板间距离 电压电压充电后断开电源充电后断开电源,则电容器所带的则电容器所带的 不变。不变。电荷量电荷量二、带电粒子在电场中的运动二、带电粒子在电场中的运动1.1.带电粒子在电场

3、中的加速带电粒子在电场中的加速匀变速曲线匀变速曲线 (2)(2)适用范围适用范围:任何电场。任何电场。2.2.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转(1)(1)条件分析条件分析:带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场。带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场。(2)(2)运动性质运动性质:运动。运动。(3)(3)处理方法处理方法:分解成分解成 的两个分运动的两个分运动,类似于类似于 。相互垂直相互垂直 平抛运动平抛运动匀速直线匀速直线匀加速直线匀加速直线 沿电场力方向沿电场力方向,做做 运动运动:考点一电容器和电容考点一电容器和电容1.1.电容器是储存电荷的装置电容器是储存电荷的装置,充电的电

4、容器充电的电容器,两极板带等量的异号电荷两极板带等量的异号电荷,电容电容器接电源正极的极板带正电器接电源正极的极板带正电,接电源负极的极板带负电。接电源负极的极板带负电。2.2.加在电容器两极板间电压不能超过某一限度加在电容器两极板间电压不能超过某一限度,超过这个限度超过这个限度,电容器将被电容器将被击穿击穿,这个极限电压这个极限电压,称为击穿电压。电容器外壳上标注的是工作电压称为击穿电压。电容器外壳上标注的是工作电压,数值数值比击穿电压低。比击穿电压低。3.3.电容是用比值定义的物理量电容是用比值定义的物理量,表示电容器容纳电荷的本领表示电容器容纳电荷的本领,反映了电容器反映了电容器本身的特

5、征本身的特征,与与Q,UQ,U无关。无关。夯实考点夯实考点 典例典例11 (多选多选)如图所示如图所示,电源电源E E对电容器对电容器C C充电充电,当当C C两端电压达到两端电压达到80 V 80 V 时时,闪光灯瞬间导通并发光闪光灯瞬间导通并发光,C,C放电。放电后放电。放电后,闪光灯断开并熄灭闪光灯断开并熄灭,电源再次对电源再次对C C充充电。这样不断地充电和放电电。这样不断地充电和放电,闪光灯就周期性地发光。该电路闪光灯就周期性地发光。该电路()A.A.充电时充电时,通过通过R R的电流不变的电流不变B.B.若若R R增大增大,则充电时间变长则充电时间变长C.C.若若C C增大增大,则

6、闪光灯闪光一次通过的电荷量增多则闪光灯闪光一次通过的电荷量增多D.D.若若E E减小为减小为85 V,85 V,闪光灯闪光一次通过的电荷量不变闪光灯闪光一次通过的电荷量不变答案答案:BCDBCD变式变式1 1:如图为可变电容器如图为可变电容器,由一组动片和一组定片组成由一组动片和一组定片组成,这两组金属片之间是互这两组金属片之间是互相绝缘的相绝缘的,动片旋入得越多动片旋入得越多,则则()A.A.正对面积越大正对面积越大,电容越大电容越大B.B.正对面积越大正对面积越大,电容越小电容越小C.C.动片、定片间距离越大动片、定片间距离越大,电容越大电容越大D.D.动片、定片间距离越小动片、定片间距离

7、越小,电容越小电容越小A A考点二平行板电容器的动态分析考点二平行板电容器的动态分析1.1.分析思路分析思路(1)(1)确定不变量确定不变量,分析是电压不变还是所带电荷量不变。分析是电压不变还是所带电荷量不变。2.2.电容器两类问题的比较电容器两类问题的比较分类分类充电后与电池两极相连充电后与电池两极相连充电后与电池两极断开充电后与电池两极断开不变量不变量U UQ Qd d变大变大C C变小变小Q Q变小、变小、E E变小变小C C变小变小U U变大、变大、E E不变不变S S变大变大C C变大变大Q Q变大、变大、E E不变不变C C变大变大U U变小、变小、E E变小变小r r变大变大C

8、C变大变大Q Q变大、变大、E E不变不变C C变大变大U U变小、变小、E E变小变小答案答案:C C变式变式2:2: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。下列说法正确的是的是()A AA.A.实验前实验前,只用带电玻璃棒与电容器只用带电玻璃棒与电容器a a板接触板接触,能使电容器带电能使电容器带电B.B.实验中实验中,只将电容器只将电容器b b板向上平移板向上平移,静电计指针的张角变小静电计指针的张角变小C.C.实验中实验中,只在极板间插入有机玻璃板只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大静电计指针的张角变大D

9、.D.实验中实验中,只增加极板带电量只增加极板带电量,静电计指针的张角变大静电计指针的张角变大,表明电容增大表明电容增大考点三带电粒子在电场中的直线加速考点三带电粒子在电场中的直线加速1.1.带电粒子在匀强电场中做直线运动的条件带电粒子在匀强电场中做直线运动的条件(1)(1)粒子所受合力粒子所受合力F F合合=0,=0,粒子静止或做匀速直线运动。粒子静止或做匀速直线运动。(2)(2)粒子所受合力粒子所受合力F F合合0,0,且与初速度方向在同一条直线上且与初速度方向在同一条直线上,带电粒子将做匀加带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。速直线运动或匀减速直线运动。典例典例33 (多选多选)

10、如图如图,一平行板电容器连接在直流电源上一平行板电容器连接在直流电源上,电容器的极板水平电容器的极板水平,两微粒两微粒a,ba,b所带电荷量大小相等、电性相反所带电荷量大小相等、电性相反,使它们分别静止于电容器的上、使它们分别静止于电容器的上、下极板附近下极板附近,与极板距离相等。现同时释放与极板距离相等。现同时释放a,b,a,b,它们由静止开始运动它们由静止开始运动,在随后在随后的某时刻的某时刻t,a,bt,a,b经过电容器两极板间下半区域的同一水平面经过电容器两极板间下半区域的同一水平面,a,b,a,b间的相互作间的相互作用和重力可忽略。下列说法正确的是用和重力可忽略。下列说法正确的是()

11、A.aA.a的质量比的质量比b b的大的大B.B.在在t t时刻时刻,a,a的动能比的动能比b b的大的大C.C.在在t t时刻时刻,a,a和和b b的电势能相等的电势能相等D.D.在在t t时刻时刻,a,a和和b b的动量大小相等的动量大小相等答案答案:BDBD变式变式3:3:如图所示如图所示,有一平行板电容器有一平行板电容器,电容为电容为C,AC,A板接地板接地,中间开有一小孔中间开有一小孔,通过这通过这一小孔连续地向电容器射入电子一小孔连续地向电容器射入电子,电子射入小孔时的速度为电子射入小孔时的速度为v v0 0,单位时间内射入单位时间内射入的电子数为的电子数为n,n,电子质量为电子质

12、量为m,m,电荷量为电荷量为e,e,电容器原来不带电。随着电子不断射到电容器原来不带电。随着电子不断射到B B板并均留在板并均留在B B板上板上,电容器两极板的电势差将不断增大电容器两极板的电势差将不断增大,则从开始射入电子到电容则从开始射入电子到电容器极板电势差达到最大所需要的时间为器极板电势差达到最大所需要的时间为()B B考点四带电粒子在电场中的偏转考点四带电粒子在电场中的偏转1.1.带电粒子在电场中运动时是否考虑重力的处理方法带电粒子在电场中运动时是否考虑重力的处理方法(1)(1)基本粒子基本粒子:如电子、质子、如电子、质子、粒子、离子等粒子、离子等,除有说明或明确的暗示以外除有说明或

13、明确的暗示以外,一一般都不考虑重力般都不考虑重力(但并不忽略质量但并不忽略质量)。(2)(2)带电颗粒带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外除有说明或有明确的暗示以外,一一般都要考虑重力。般都要考虑重力。典例典例44 如图所示如图所示,边长为边长为L L的正方形区域的正方形区域abcdabcd内存在着匀强电场。电荷量为内存在着匀强电场。电荷量为q q、动能为、动能为E Ek k的带电粒子从的带电粒子从a a点沿点沿abab方向进入电场方向进入电场,不计重力。不计重力。(1)(1)若粒子从若粒子从c c点离开电场点离开电场,求电场强度的大小和粒

14、子离开电场时的动能求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能;(2)(2)若粒子离开电场时动能为若粒子离开电场时动能为E Ek k,则电场强度为多大则电场强度为多大?变式变式4:4:如图所示如图所示,一个带电粒子从离子源飘入一个带电粒子从离子源飘入(初速度很小初速度很小,可忽略不计可忽略不计)电压为电压为U U1 1的加速电场的加速电场,经加速后从小孔经加速后从小孔S S沿平行金属板沿平行金属板A,BA,B的中心线射入。的中心线射入。A,BA,B板长为板长为L,L,相距为相距为d,d,电压为电压为U U2 2。则带电粒子能从。则带电粒子能从A,BA,B板间飞出应该满足的条件是板间飞出应该满足的条件

15、是()C C课堂训练课堂训练C C A.a,bA.a,b两点的电场强度两点的电场强度E Ea aEEb bB.AB.A板与板与a a点间的电势差点间的电势差U UAaAa和和B B板与板与b b点间的电势差点间的电势差U UBbBb相同相同C.C.将将A,BA,B板间距离增大到板间距离增大到2d2d时时,两板间的电势差增大到原来的两倍两板间的电势差增大到原来的两倍D.D.将将A,BA,B板间距离增大到板间距离增大到2d2d时时,两板所带的电荷量增大到原来的两倍两板所带的电荷量增大到原来的两倍2 2.(.(电容器的动态变化电容器的动态变化)如图所示如图所示,先接通先接通S S使电容器充电使电容器

16、充电,然后断开然后断开S,S,增大两极板增大两极板间的距离时间的距离时,电容器所带电荷量电容器所带电荷量Q Q、电容、电容C C、两极板间电势差、两极板间电势差U U及电场强度及电场强度E E的变化的变化情况是情况是()A.QA.Q变小变小,C,C不变不变,U,U不变不变,E,E变大变大B.QB.Q变小变小,C,C变小变小,U,U不变不变,E,E变小变小C.QC.Q不变不变,C,C变小变小,U,U变大变大,E,E不变不变D.QD.Q不变不变,C,C变小变小,U,U变小变小,E,E无法确定无法确定C C3 3.(.(带电粒子在电场中的直线加速带电粒子在电场中的直线加速)如图所示如图所示,充电后的

17、平行板电容器水平放置充电后的平行板电容器水平放置,电容为电容为C,C,极板间距离为极板间距离为d,d,上极板正中有一小孔。质量为上极板正中有一小孔。质量为m m、电荷量为、电荷量为+q+q 的小球的小球从小孔正上方高从小孔正上方高h h处由静止开始下落处由静止开始下落,穿过小孔到达下极板处速度恰为零穿过小孔到达下极板处速度恰为零(空气阻空气阻力忽略不计力忽略不计,极板间电场可视为匀强电场极板间电场可视为匀强电场,重力加速度为重力加速度为g)g)。求。求(1)(1)小球到达小孔处的速度小球到达小孔处的速度;(2)(2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量极板间电场强度大小和电容器所带电荷量;(3

18、)(3)小球从开始下落运动到下极板处的时间。小球从开始下落运动到下极板处的时间。(2)B(2)B运动到运动到P P点时的动能。点时的动能。真题试做真题试做1 1.(2020.(2020浙江浙江1 1月选考月选考,7),7)如图所示如图所示,电子以某一初速度沿两块平行板的中线电子以某一初速度沿两块平行板的中线方向射入偏转电场中方向射入偏转电场中,已知极板长度已知极板长度l,l,间距间距d,d,电子质量电子质量m,m,电荷量电荷量e e。若电子恰。若电子恰好从极板边缘射出电场好从极板边缘射出电场,由以上条件可以求出的是由以上条件可以求出的是()A.A.偏转电压偏转电压 B.B.偏转的角度偏转的角度

19、C.C.射出电场速度射出电场速度D.D.电场中运动的时间电场中运动的时间B B2 2.(2019.(2019浙江浙江4 4月选考月选考,13),13)用长为用长为1.4 m 1.4 m 的轻质柔软绝缘细线的轻质柔软绝缘细线,拴一质量为拴一质量为1.01.01010-2-2 kg kg、电荷量为、电荷量为2.02.01010-8-8C C的小球的小球,细线的上端固定于细线的上端固定于O O点。现加一水点。现加一水平向右的匀强电场平向右的匀强电场,平衡时细线与铅垂线成平衡时细线与铅垂线成3737,如图所示。现向左拉小球使如图所示。现向左拉小球使细线水平且拉直细线水平且拉直,静止释放静止释放,则则(

20、sin 37(sin 37=0.6,g=10 m/s=0.6,g=10 m/s2 2)()()A.A.该匀强电场的电场强度为该匀强电场的电场强度为3.753.7510107 7 N/C N/CB.B.平衡时细线的拉力为平衡时细线的拉力为0.17 N0.17 NC.C.经过经过0.5 s,0.5 s,小球的速度大小为小球的速度大小为6.25 m/s6.25 m/sD.D.小球第一次通过小球第一次通过O O点正下方时点正下方时,速度大小为速度大小为7 m/s7 m/sC C(1)(1)求粒子第一次穿过求粒子第一次穿过G G时的动能时的动能,以及它从射入电场至此时在水平方向上的位以及它从射入电场至此时在水平方向上的位移大小移大小;(2)(2)若粒子恰好从若粒子恰好从G G的下方距离的下方距离G G也为也为h h的位置离开电场的位置离开电场,则金属板的长度最短应则金属板的长度最短应为多少为多少?