《高考风向标》高考物理一轮复习 专题七 第3讲 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动课件.ppt

第3讲电容器与电容 带电粒子在电场中的运动 考点1 电容 平行板电容器的动态分析 1 电容器 1 组成 由两个彼此绝缘且又相互靠近的导体组成 2 带电量 一个极板所带电量的绝对值 2 电容 1 定义 电容器所带的电量与两极板间电势差的比值 4 单位 1法拉 f 微法 f 皮法 pf q u qu 2 公式 c 3 物理意义 电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量 电容c由电容器本身的构造因素决定 与u q无关 3 平行板电容器的电容 1 影响因素 平行板电容器的电容与两极板的成正比 与两极板的成反比 并且跟板间插入的电介质有关 s 4 kd c 106 1012 正对面积 距离 2 公式 4 平行板电容器的动态分析 1 两种情况 保持两极板与电源相连 则电容器两极板间不变 充电后断开电源 则电容器的不变 q 2 三个公式 c u ed c u s4 kd 3 方法 找不变量与变化量之间的公式来决定要比较的量的变化关系 如 q不变 d变小 比较e的变化 则q cu ced s4 kd ed se 故d变化时e不变 4 k 电压 电量 1 单选 如图7 3 1所示为一只 极距变化型电容式传感器 的部分构件示意图 在下列图中能正确反映传感器电容c与d之间变化规律的图象是 图7 3 1 解析 由平行板电容器电容的决定式c s可知 电容4 kd c与极板之间距离d成反比 在第一象限反比例函数图象是双曲线的一支 所以a正确 a 2 单选 2010年北京卷 用控制变量法 可以研究影响平行板电容器电容的因素 如图7 3 2 设两极板正对面积为s 极板间的距离为d 静电计指针偏角为 实验中 极板所带电 荷量不变 若 a a 保持s不变 增大d 则 变大b 保持s不变 增大d 则 变小c 保持d不变 减小s 则 变小d 保持d不变 减小s 则 不变 图7 3 2 考点2 带电粒子在电场中的运动 示波管 1 带电粒子在电场中的直线运动 1 运动状态分析 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 做匀变速直线运动 2 用功能观点分析 电场力对带电粒子所做的功等于粒子动能的变化 即qu 2 带电粒子的偏转分析 1 运动状态 带电粒子受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做类平抛运动 2 处理方法 类似于平抛运动的处理方法 如图7 3 3 图7 3 3 沿初速度方向做运动 运动时间t l v0 fqequ mmmd 沿电场力方向做运动 a 匀速 匀加速 qlu 2mv0d 12 离开电场时的偏移量y at 2 2 2 离开电场时的偏转角tan v0 vy 图7 3 4 mdv0 u1l 3 两个推论 如图7 3 4所示 设带电粒子质量为m 电荷量为q 以速度v0垂直于电场线射入匀强电场 偏转电压为u1 若粒子飞出 电场时偏转角为 则tan qu1l2 1 若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压u0加速后 由以上两式得tan 2u0d 由此式可知 粒子的偏转角 与粒子的q m无关 仅决定于加速电场和偏转电场 即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场后 它们在电场中的偏转角度总是相同的 进入偏转电场的 则由动能定理有qu0 mv20 12 由此可知 粒子从偏转电场中射出时 就好像是从极板间l的处沿直线射出 2 4 示波管 1 构造 电子枪 偏转电极 荧光屏 如图7 3 5所示 图7 3 5 2 工作原理 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 打在荧光屏中心 在那里产生一个亮斑 yy 上加的是待显示的信号电压 xx 上是机器自身的锯齿形电压 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变化的图象 3 单选 2011年江苏模拟 如图7 3 6所示 平行板电容器与恒定电源相连 负极板接地 在两板间有一正电荷 电荷量很少且不变 固定在p点 以u表示电容两极板间的电压 e表示两极板间的场强 ep表示正电荷在p点的电势能 若保持 负极板不动 而将正极板向上移至某位置 则 图7 3 6 a u不变 ep变小b u不变 ep不变c e变小 ep变大d e变大 ep不变 a 4 双选 如图7 3 7所示 示波器的示波管可以视为加速电场与偏转电场的组合 若已知加速电压为u1 偏转电压为u2 偏转极板长为l 板间距为d 且电子被加速前的初速度可忽略 则关于示波器的灵敏度 即偏转电场中每单位偏转电压所引起的偏转量h u2 与加速电场 偏转电场的关系 下列说法中 正确的是 解析 向上移动正极板 电源电压不变 则电容器两端电压不变 u不变 d变大 则电容c变小 由q cu知q变小 故两极板间场强变小 ep变小 a选项正确 图7 3 7 a l越大 灵敏度越高c u1越大 灵敏度越小 b d越大 灵敏度越高d u2越大 灵敏度越小 可见 a c选项正确 答案 ac 5 有一个带正电的小球 质量为m 电量为q 静止在固定的绝缘支架上 现给小球一个瞬时的初速度v0使小求水平飞出 飞出时小球的电量没有改变 同一竖直面内 有一个竖直固定放置的圆环 圆环平面保持水平 环的直径略大于小球直径 如图7 3 8所示 要使小球能准确进入圆环 可在空间分布匀强电场 请求出 1 相应的电场强度e的大小和方向 2 相应的小球到圆环的时间t 已知 小球所受重力不能忽略 图7 3 8 所以e 0 假设成立 热点1电容器的动态分析 例1 单选 2010年重庆卷 某电容式话筒的原理示意图如图7 3 9所示 e为电源 r为电阻 薄片p和q为两金属极板 对着话筒说话时 p振动而q可视为不动 在p q间 距增大过程中 图7 3 9 a p q构成的电容器的电容增大b p上电荷量保持不变c m点的电势比n点的低d m点的电势比n点的高 d 对电容器的动态分析常与传感器的有关知识相结合 在分析问题的时候同样是先要判断题目中描述的过程属于电压不变的情况还是电量不变的情况 再根据影响电容器的电容的因素进行判断 1 单选 2009年天津卷 如图7 3 10所示 带等量异种电荷的两平行金属板在真空中水平放置 m n为板间同一电场线上的两点 一带电粒子 不计重力 以速度vm经过m点在电场线上向下运动 且未与下板接触 一段时间后 粒子以速度vn折回n点 则 a 粒子受电场力的方向一定由m指向nb 粒子在m点的速度一定比在n点的大c 粒子在m点的电势能一定比在n点的大d 电场中m点的电势一定高于n点的电势 图7 3 10 b 解析 由粒子运动情况可知 其所受电场力方向应由n指向m a错 粒子运动过程中 到折回n前速度一直减小 显然电场力做负功 电势能增加 b对c错 由于极板电性及粒子电性未明确 故无法判断两点电势高低 d错 热点2带电粒子在电场中的运动 例2 单选 2008年全国卷 一平行板电容器的两个极板水平放置 两极板间有一带电量不变的小油滴 油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比 若两极板间电压为零 经一段时间后 油滴以速率v匀速下降 若两极板间的电压为u 经一段时间后 油滴以速率v匀速上升 若两极板间电压为 u 油滴做匀速运动时速度的大小 方向将是 a 2v 向下c 3v 向下 b 2v 向上d 3v 向上 c 带电粒子在电场中运动的问题包括常见的油滴问题和带电粒子在电场中的偏转问题 首先要对带电体进行受力分析 分析是否要考虑重力 分析带电体的运动性质 是变速直线运动还是类平抛运动 根据题意 结合相应的运动学公式求解 解析 当不加电场时 油滴匀速下降 即mg f kv 当两极板间电压为u时 油滴向上匀速运动 即f电 kv mg 2kv 当两极间电压为 u时 电场力方向反向 大小不变 油滴向下运动 当匀速运动时 f电 mg kv 故v 3v c项正确 2 单选 2010年珠海二模 如图7 3 11所示 电子在电势差为u1的加速电场中由静止开始加速 然后水平射入电势差为u2的两块平行金属板间的电场 整个装置处在真空中 在满足电子能射出平行板区的条件下 下述四种情况中 一定能使电子的偏转位移y变大的是 图7 3 11 a u1变大 u2变大b u1变大 u2变小c u1变小 u2变大d u1变小 u2变小 c 易错点 复合场中等效最高点 最低点分析 例1 如图7 3 12所示 ab为光滑水平面 bcd为半径为r的光滑竖直半圆轨道 直径bd恰好竖直 空间存在水平 向右的匀强电场 场强为e 现有一带电为 q 质量为 的小球从a以初速度v0沿水平面运动后滑上圆弧 ab间的距离为l 2r 要使小球恰能到达d点 v0至少为多少 图7 3 12 图7 3 13 解决带电粒子在复合场中的运动时 可以把电场力与重力的合力当成一个新的场力 再找在该力做用下的等效最高点和最低点 1 双选 豫南九校2011届高三