高考物理一轮总复习 专题7 电场 第3讲 电容、带电粒子在电场中的运动课件.ppt

第3讲电容 带电粒子在电场中的运动 考纲解读 1 理解电容器的基本概念 掌握好电容器的三类动态分析 2 用动力学方法解决带电粒子在电场中的直线运动问题 3 能运用运动的合成与分解解决带电粒子的偏转问题 一 电容器 电容1 电容器 1 组成 由两个彼此 又相互 的平行板导体组成 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 充电后电容器两极板带上等量的 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 考点o讲堂梳理自查 绝缘 靠近 绝对值 异种电荷 电场能 电场能 正对面积 正 两极板间距离 电压 电荷量 二 带电粒子在电场中的运动1 带电粒子在电场中的加速 1 处理方法 利用动能定理qu 2 适用范围 任何电场 2 带电粒子在电场中的偏转 1 条件分析 带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场 2 运动性质 运动 3 处理方法 分解成 的两个分运动 类似于 匀变速曲线 相互垂直 平抛运动 匀速直线 匀加速直线 1 对电容器计算式的考查 多选 对于给定的电容器 描述其电容c 电荷量q 电压u之间的相应关系的图象正确的是 考点1平行板电容器的动态分析 例1 2016年天津卷 如图所示 平行板电容器带有等量异种电荷 与静电计相连 静电计金属外壳和电容器下极板都接地 在两极板间有一个固定在p点的点电荷 以e表示两板间的电场强度 ep表示点电荷在p点的电势能 表示静电计指针的偏角 若保持下极板不动 将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置 则 a 增大 e增大b 增大 ep不变c 减小 ep增大d 减小 e不变思路剖析 上极板向下移动一小段距离过程中 电容器电容 电容器和带电量及板间的电场强度如何变化 p点的电势如何变化 答案 d 练1 多选 如图所示的电路 闭合开关 水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态 为了使液滴竖直向上运动 下列操作可行的是 a 断开开关 将两板间的距离拉大一些b 断开开关 将两板水平地向相反方向移开一些c 保持开关闭合 将两板间的距离减小一些d 保持开关闭合 以两板各自的左侧板沿为轴 同时向上 即逆时针方向 转过一个小角度 答案 bc 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 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 2 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 能量守恒定律求解 考点2带电粒子在电场中的直线运动 例2如图所示 a和b是两个相同的带电小球 视为质点 质量均为m 电荷量均为q a固定在绝缘地面上 b放在它的正上方的一块绝缘板上 当手持绝缘板 使b从静止开始以恒定的加速度a a g 竖直下落h时 b与绝缘板脱离 若静电力常量为k 求 1 b脱离板时的动能 2 b在脱离绝缘板前的运动过程中 电场力和板的支持力对b做功的代数和w 3 b脱离绝缘板时距a的高度x 练2 多选 如图所示 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 a 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 答案 bd 解析 粒子做直线运动 其重力和电场力的合力应与速度共线 如图所示 重力与电场力不共线 不可能平衡 选项a错误 粒子运动过程中电场力做负功 因而电势能增加 选项b正确 合力做负功 动能减小 选项c错误 电容器的极板与直流电源相连 即其电压 板间的场强不变 则电场力不变 合力恒定 因而粒子做匀变速直线运动 选项d正确 带电粒子在匀强电场中做直线运动问题主要用力的观点求解 即运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解 其思路是认真分析带电粒子的受力情况和运动情况 建立清晰的物理情景 然后由力的观点列方程 若带电粒子在匀强电场中做匀速直线运动 由平衡条件列式 若做匀变速直线运动 可以用牛顿第二定律与匀变速直线运动规律求解 对于多过程的往复运动也可以由能的观点求解 考点3带电粒子在电场中偏转 例3如图所示 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 1 粒子从射入电场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夹角的正切值tan 3 粒子打到屏上的点p到o点的距离x 思路剖析 1 带电粒子在电场中做什么运动 水平方向上做什么运动 2 如何求解带电粒子在竖直方向的分速度 3 带电粒子射出电场后 做什么运动 答案 b 示波管是由电子枪 竖直偏转电极yy 水平偏转电极xx 和荧光屏组成的 电子枪发射的电子打在荧光屏上将出现亮点 若亮点很快移动 由于视觉暂留效应 能在荧光屏上看到一条亮线 1 如图 如果只在偏转电极yy 上加上如图甲所示uy umsin t的电压 荧光屏上亮点的偏移也将按正弦规律变化 即y ymsin t 并在荧光屏上观察到的亮线的形状为图a 设偏转电压频率较高 2 如果只在偏转电极xx 上加上如图乙所示的电压 在荧光屏上观察到的亮线的形状为图b 设偏转电压频率较高 考点4示波器原理 3 如果在偏转电极yy 加上图甲所示的电压 同时在偏转电极xx 上加上图乙所示的电压 在荧光屏上观察到的亮线的形状为图c 设偏转电压频率较高 例4图甲为示波管的原理图 如果在电极yy 之间所加的电压按图乙所示的规律变化 在电极xx 之间所加的电压按图丙所示的规律变化 则在荧光屏上会看到的图形是 答案 b 解析 在0 2t1时间内 扫描电压扫描一次 信号电压完成一个周期 当uy为正的最大值时 电子打在荧光屏上有正的最大位移 当uy为负的最大值时 电子打在荧光屏上有负的最大位移 因此一个周期内荧光屏上的图象为b 练4如图所示为示波管构造的示意图 现在xx 间加上uxx t信号 yy 间加上uyy t信号 如图甲 乙所示 则在屏幕上看到的图形是 答案 d 解析 沿电场方向带电粒子做加速运动 在垂直电场方向带电粒子做匀速运动 粒子经过竖直的yy 信号电压 电场偏转 再经过水平的xx 扫描电压 电场偏转 最后在显示屏上形成稳定的图象 在甲图中开始uxx 0 乙图中开始uyy 0之后大于0 由此排除b c两项 0 t在x方向电子恰好从 x处到屏中央 在y方向完成一次扫描 t 2t水平方向电子从中央向x正向移动 在y方向再完成一次扫描 所以本题d项正确 示波管荧光屏上图形形状的判断方法 示波管中的电子在yy 和xx 两个偏转电极作用下 同时参与两个类平抛运动 一方面沿yy 方向偏转 另一方面沿xx 方向偏转 找出几个特殊点 即可确定荧光屏上的图形 1 模型概述对于复合场中的力学问题 可以根据力的独立作用原理分别研究每种场力对物体的作用效果 也可以同时研究几种场力共同作用的效果 将复合场等效为一个简单场 然后与重力场中的力学问题进行类比 利用力学的规律和方法进行分析与解答 微课堂 带电体在复合场中的运动 审题突破 小球所受的重力和电场力都为恒力 故两力等效为一个力f 如图所示 可知f 1 25mg 方向左偏下37 从图中可知 做完整的圆周运动的临界点是能否通过d点 若恰好能通过d点 即达到d点时球与环的弹力恰好为零 答案 10r 练5在电场方向水平向右的匀强电场中 一带电小球从a点竖直向上抛出 其运动的轨迹如图所示 小球运动的轨迹上a b两点在同一水平线上 m为轨迹的最高点 小球抛出时的动能为8 0j 在m点的动能为6 0j 不计空气的阻力 求 1 小球水平位移x1与x2的比值 2 小球落到b点时的动能ekb 3 小球从a点运动到b点的过程中最小动能ekmin 解 1 如图所示 带电小球在水平方向上受电场力的作用做初速度为零的匀加速运动 竖直方向上只受重力作用做竖直上抛运动 故从a到m和m到b的时间相等 则x1 x2 1 3 利用功能观点解决带电体在复合场中的运动问题时 首先对带电体受力分析 再分析运动形式 然后根据具体情况选用相应公式计算 1 若选用动能定理 则要分清有多少个力做功 是恒力做功还是变力做功 同时要明确初 末状态及运动过程中的动能的增量 2 若选用能量守恒定律 则要分清带电体在运动中共有多少种能量参与转化 哪些能量是增加的 哪些能量是减少的 热点题组一电容器动态分析1 多选 2017届长沙模拟 如图所示 两块较大的金属板a b平行放置并与一电源相连 s闭合后 两板间有一质量为m 电荷量为q的油滴恰好处于静止状态 以下说法中正确的是 模拟精选 组合专练 a 若将a板向上平移一小段位移 则油滴向下加速运动 g表中有b a的电流b 若将a板向左平移一小段位移 则油滴仍然静止 g表中有b a的电流 c 若将s断开 则油滴立即做自由落体运动 g表中无电流d 若将s断开 再将a板向下平移一小段位移 则油滴向上加速运动 g表中有b a的电流 答案 ab 2 2017届衡水模拟 一平行板电容器充电后与电源断开 负极板接地 两板间有一个正试探电荷固定在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 表示p点的电势 w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 各物理量与负极板移动距离x的关系图象中正确的是 4 2017届襄阳月考 如图所示 一价氢离子 h 和二价氦离子 he 的混合体 经同一加速电场加速后 垂直射入同一偏转电场中 偏转后 打在同一荧光屏上 则它们 a 同时到达屏上同一点b 先后到达屏上同一点c 同时到达屏上不同点d 先后到达屏上不同点 答案 b 热点题组三带电体在复合场中运动5 2017届平顶山检测 如图所示 ab是一倾角为 37 的绝缘粗糙直轨道 滑块与斜面间的动摩擦因数 0 30 bcd是半径为r 0 2m的光滑圆弧轨道 它们相切于b点 c为圆弧轨道的最低点 整个空间存在着竖直向上的匀强电场 场强e 4 0 103n c 质量m 0 20kg的带电滑块从斜面顶端由静止开始下滑 已知斜面ab对应的高度h 0 24m 滑块带电荷量q 5 0 10 4c 取重力加速度g 10m s2 sin37 0 60 cos37 0 80 求 1 滑块从斜面最高点滑到斜面底端b点时的速度大小 2 滑块滑到圆弧轨道最低点c时对轨道的压力 6 2017届大连检测 如图所示 在竖直平面内 ab为水平放置的绝缘粗糙轨道 cd为竖直放置的足够长绝缘粗糙轨道