高考物理试题：第3讲-电容器与电容-带电粒子在电场中的运动

第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动,一、电容、平行板电容器1.电容(1)定义：电容器所带的电荷量与两极板间电势差的比值.,(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.它的大小与电容器本身的结构有关，与U、Q无关.,(4)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.,106,1012,(5)单位：1法拉(F)_微法(F)_皮法(pF).,2.平行板电容器的电容,正对面积,距离,(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，并跟板间插入的电介质有关.,(2)公式：C_.,二、带电粒子在电场中的运动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6-3-1所示.图6-3-1,匀速直线,匀加速直线,【基础检测】(2015年海南卷)如图6-3-2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.已知两粒子同若两粒子间相互作用力可忽略，不计重力，则,Mm为(,),图6-3-2,A.32,B.21,C.52,D.31,答案：A,考点1,平行板电容器的动态分析,重点归纳第一类动态变化：电容器两极板间电压不变.,第二类动态变化：电容器所带电荷量不变.,【考点练透】1.(2014年海南卷)如图6-3-3所示，一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连，极板水平放置，极板间距为d，在下极板上叠放一厚度为l的金属板，其上部空间有一带电粒子P静止在电容器中，当把金属板从电容器中快速抽出后，粒,),子P开始运动，重力加速度为g.粒子运动加速度为(图6-3-3,答案：A,2.(2014年天津卷)如图634所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置.闭合电键S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动.如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是,(,)A.增大R1的阻值B.增大R2的阻值C.增大两板间的距离,图6-3-4,D.断开电键S答案：B,考点2,带电粒子在电场中的加速运动分析,重点归纳,2.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，除有说明或有明确的暗示以外，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,有明确的暗示以外，一般都要考虑重力.,典例剖析例1：(多选)如图6-3-5所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，板间有匀强电场，质量为m、电荷量为q的带电粒子，以初速度v0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子刚好能到达N板，如果要使这个带电粒子能到达M、,B.使M、N间电压提高到原来的2倍C.使M、N间电压提高到原来的4倍,图6-3-5,答案：BD,【考点练透】3.(2016年重庆第一中学月考)如图6-3-6甲所示，倾角为30的光滑固定斜杆底端固定一个带负电、电量为Q2,104C的小球A，将一可视为质点的带电小球B从斜杆的底端,a点(与A靠得很近，但未接触)静止释放，小球沿斜面向上滑动过程中速度v随位移s的变化图象如图乙所示.已知重力加速度g10m/s2，静电力常量，k9109Nm2/C2.求：,(2)小球B在b点时速度到达最大，求a、b两点的电势差.,甲,乙,图6-3-6,4.(2014年安徽卷)如图6-3-7所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间距离为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.,图6-3-7,考点3,带电粒子在电场中的偏转问题,重点归纳1.粒子的偏转角问题(1)已知带电粒子情况及初速度.如图6-3-8所示，设带电粒子质量为m，带电荷量为q，以初速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转电压为U1.若粒子飞出电场时偏,图6-3-8,结论：动能一定时tan与q成正比，电荷量相同时tan与动能成反比.(2)已知加速电压U0.若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有,结论：粒子的偏转角与粒子的q、m无关，仅取决于加速电场和偏转电场.,2.粒子的偏转量问题,(2)若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加速后,进入偏转电场的，得,结论：粒子的偏转距离与粒子的q、m无关，仅取决于加速电场和偏转电场.,典例剖析,(1)电子经过偏转电极后发生的偏移y.(2)若偏转电极的边缘到荧光屏的距离D15cm，求电子打在荧光屏上产生的光,点偏离中心O的距离Y.,图6-3-9,例2：如图639所示，一示波管偏转电极板的长度L3cm，两板间的电场是均匀的，E1.2104V/m(E的方向垂直管轴)，一个电子以初速度v02.0107m/s沿管轴注入，已知电子质量m9.01031kg，电荷量q1.61019C.求：,思维点拨：将粒子的运动分为两部分，第一部分是在偏转场中的类平抛运动，第二部分是出了偏转电场后的匀速直线运动.,代入数据，解得2.64102m.,备考策略：利用类平抛运动的规律，将复杂的曲线运动分解为两个简单的直线运动.,所以YyDtan,【考点练透】5.(2014年山东卷)如图6-3-10所示，场强大小为E、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd，水平边ab长为s，竖直边ad长为h.质量均为m、带电量分别为q和q的两粒子，由a、c两点先后沿ab和cd方向以速率v0进入矩形区(两粒子不同时出现在电场中).不计重力.若两粒子轨迹恰好相切，则v0,等于(,),图6-3-10,答案：B,6.(2015年湖南四校联考)如图6-3-11所示，水平放置的平行板电容器，两板间距为d8cm，板长为l25cm，接在直流电源上，有一带电液滴以v00.5m/s的初速度从板间的正中央水平射入，恰好做匀速直线运动，当它运动到P处时迅速将,(1)将下板向上提起后，液滴的加速度大小.(2)液滴从射入电场开始计时，匀速运动到P,点所用时间为多少？(g取10m/s2),图6-3-11,方法,带电粒子在交变电场中的运动,1.常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等.2.常见的试题类型此类题型一般有三种情况(1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解).(2)粒子做往返运动(一般分段研究).(3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究).,3.解答带电粒子在交变电场中运动的思维方法,(1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律)，抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件.(2)分析时从两条思路出发：一是力和运动的关系，根据牛,顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系.,(3)注意对称性和周期性变化关系的应用.,例3：如图6-3-12所示，真空中相距d5cm的两块平行金属板A、B与电源连接(图中未画出)，其中B板接地(电势为零)，A板电势变化的规律如图6-3-13所示.将一个质量为2,1027kg，电量q1.61019C的带电粒子从紧临B板处释,放，不计重力.,图6-3-12,图6-3-13,求：(1)在t0时刻释放该带电粒子，释放瞬间粒子加速度的大小.,(2)若A板电势变化周期T1.0105s，在t0时将带电,粒子从紧临B板处无初速释放，粒子到达A板时速度的大小.B板处无初速释放该带电粒子，粒子不能到达A板.,审题突破：(1)由图可知两板间开始时的电势差，由UEd可求得两板间的电场强度，则可求得电场力，由牛顿第二定律可求得加速度的大小；(2)因粒子受力可能发生变化，故由位移公式可求得粒子通过的距离，通过比较可知粒子恰好到A板，由运动学公式可求出速度；(3)要使粒子不能到达A板，应让粒子在向A板运动中的总位移小于极板间的距离，可得出变化的频率.,备考策略：因极板间加交变电场，故粒子的受力发生周期性变化，本题应通过