202X高考物理第七章第3讲电容器带电粒子在电场中的运动课件鲁科版选修3_1

1、第第3讲电容器带电粒子在电场中的运动讲电容器带电粒子在电场中的运动知识排查知识排查常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系1.常见电容器常见电容器(1)组成：由两个彼此组成：由两个彼此_又相互又相互_的导体组成。的导体组成。(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的带电荷量：一个极板所带电荷量的_。(3)电容器的充、放电电容器的充、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充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两板带上等量的_，电容器中，电容器中储存储存_。放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，

2、放电过程中_转化为其他形式的能。转化为其他形式的能。绝缘绝缘靠近靠近绝对值绝对值异种电荷异种电荷电场能电场能电场能电场能2.电容电容(1)定义：电容器所带的定义：电容器所带的_与电容器两极板间的电势差与电容器两极板间的电势差U的比值。的比值。(2)定义式：定义式：C_。(3)物理意义：表示电容器物理意义：表示电容器_本领大小的物理量。本领大小的物理量。(4)单位：法拉单位：法拉(F)，1 F_F1012 pF电荷量电荷量Q3.平行板电容器平行板电容器(1)影响因素：平行板电容器的电容与极板的影响因素：平行板电容器的电容与极板的_成正比，与电介质的成正比，与电介质的_成正比，与极板间距离成反比。

3、成正比，与极板间距离成反比。容纳电荷容纳电荷106正对面积正对面积相对介电常数相对介电常数带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强电场中的运动1.加速加速qEd2.带电粒子在匀强电场中的偏转带电粒子在匀强电场中的偏转(1)条件：以速度条件：以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场，仅受电场力。垂直于电场线方向飞入匀强电场，仅受电场力。(2)运动形式：运动形式：_运动。运动。qU类平抛类平抛(3)处理方法：运动的合成与分解。处理方法：运动的合成与分解。匀速直线运动匀速直线运动匀加速直线匀加速直线示波管的构造示波管的构造1.构造构造(1)_，(2)偏转极板，偏转极板，(3)荧光屏。荧光屏。(如图如图

4、2所示所示)电子枪电子枪2.工作原理工作原理YY上加的是待显示的上加的是待显示的_，XX上是机器自身产生的锯齿形电压，叫作上是机器自身产生的锯齿形电压，叫作_。信号电压信号电压扫描电压扫描电压小题速练小题速练1.鲁科版选修鲁科版选修31P44T5改编改编平行板电容器充电后断开电源，现将其中一块金属板远平行板电容器充电后断开电源，现将其中一块金属板远离另一板平移一小段距离。下图表示此过程中电容器的电容离另一板平移一小段距离。下图表示此过程中电容器的电容C、两极板带电荷量、两极板带电荷量Q、两板间电场强度两板间电场强度E、两板间电势差、两板间电势差U随两板间距离随两板间距离d的变化关系，正确的是的

5、变化关系，正确的是()答案答案C2.两平行金属板相距为两平行金属板相距为d，电势差为，电势差为U，一电子质量为，一电子质量为m、电荷量为、电荷量为e，从，从O点沿垂直于极板的方向射入电场，最远到达点沿垂直于极板的方向射入电场，最远到达A点，然后返点，然后返回，如图回，如图3所示，所示，OA间距为间距为h，则此电子的初动能为，则此电子的初动能为()答案答案D3.(多选多选)如图如图4所示，六面体真空盒置于水平面上，它的所示，六面体真空盒置于水平面上，它的ABCD面面与与EFGH面为金属板，其他面为绝缘材料。面为金属板，其他面为绝缘材料。ABCD面带正电，面带正电，EFGH面带负电。从小孔面带负电

6、。从小孔P沿水平方向以相同速率射入三个质沿水平方向以相同速率射入三个质量相同的带正电液滴量相同的带正电液滴A、B、C，最后分别落在，最后分别落在1、2、3三点，三点，不计三个液滴间的相互作用，则下列说法正确的是不计三个液滴间的相互作用，则下列说法正确的是()A.三个液滴在真空盒中都做平抛运动三个液滴在真空盒中都做平抛运动B.三个液滴的运动时间一定相同三个液滴的运动时间一定相同C.三个液滴落到底板时的速率相同三个液滴落到底板时的速率相同D.液滴液滴C所带电荷量最多所带电荷量最多解析解析三个液滴在水平方向受到电场力作用，水平方向不是匀速直线运动，所以三个液滴在水平方向受到电场力作用，水平方向不是匀

7、速直线运动，所以三个液滴在真空盒中不是做平抛运动，选项三个液滴在真空盒中不是做平抛运动，选项A错误；由于三个液滴在竖直方向做自错误；由于三个液滴在竖直方向做自由落体运动，三个液滴的运动时间相同，选项由落体运动，三个液滴的运动时间相同，选项B正确；三个液滴落到底板时竖直分正确；三个液滴落到底板时竖直分速度相等，而水平分速度不相等，所以三个液滴落到底板时的速率不相同，选项速度相等，而水平分速度不相等，所以三个液滴落到底板时的速率不相同，选项C错误；由于液滴错误；由于液滴C在水平方向位移最大，说明液滴在水平方向位移最大，说明液滴C在水平方向加速度最大，所带在水平方向加速度最大，所带电荷量最多，选项电

8、荷量最多，选项D正确。正确。答案答案BD平行板电容器的动态分析平行板电容器的动态分析1.两类典型问题两类典型问题(1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变。保持不变。(2)电容器充电后与电源断开，电容器两极所带的电荷量电容器充电后与电源断开，电容器两极所带的电荷量Q保持不变。保持不变。2.动态分析思路动态分析思路【例【例1】(2016全国卷全国卷，14)一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上。若将云母介质移出，则电容器直流电源上。若将云母介质移出，则电容器()A

9、.极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大B.极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大C.极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变D.极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变答案答案D【拓展【拓展1】(多选多选)将【例将【例1】中的电源断开，当把云母介质从电容器中快速抽出后，】中的电源断开，当把云母介质从电容器中快速抽出后，下列说法正确的是下列说法正确的是()A.电容器的电容增大电容器的电容增大 B.极板间的电势差增大极板间的电势差增大C.极板上的电荷

10、量变大极板上的电荷量变大 D.极板间电场强度变大极板间电场强度变大答案答案BD【拓展【拓展2】(多选多选)若水平放置接有恒压电源的平行金属板内部空间有一带电粒子若水平放置接有恒压电源的平行金属板内部空间有一带电粒子P恰恰能静止，同时下极板接地，当将上极板向右移动一小段距离时，则下列说法正确的能静止，同时下极板接地，当将上极板向右移动一小段距离时，则下列说法正确的是是()A.电容器所带电荷量保持不变电容器所带电荷量保持不变B.极板间的电场强度保持不变极板间的电场强度保持不变C.粒子所在初位置的电势能保持不变粒子所在初位置的电势能保持不变D.粒子将加速向下运动粒子将加速向下运动答案答案BC分析平行

11、板电容器动态变化的三点关键分析平行板电容器动态变化的三点关键(1)确定不变量：先明确动态变化过程中的哪些量不变，是电荷量保持不变确定不变量：先明确动态变化过程中的哪些量不变，是电荷量保持不变还是极板间电压不变。还是极板间电压不变。1.对以下四幅图中包含的物理知识说法正确的是对以下四幅图中包含的物理知识说法正确的是()A.图甲：将两板间距拉开一些后，静电计指针张角会变小图甲：将两板间距拉开一些后，静电计指针张角会变小B.图乙：距离带电体越远，等势面的形状与带电体的形状越相似图乙：距离带电体越远，等势面的形状与带电体的形状越相似C.图丙：研究均匀带电球体在球外产生的电场时，可以认为全部电荷集中在球

12、心图丙：研究均匀带电球体在球外产生的电场时，可以认为全部电荷集中在球心D.图丁：此种电容器不仅可以接在直流电源上使用，也可以接在交流电源上使用图丁：此种电容器不仅可以接在直流电源上使用，也可以接在交流电源上使用答案答案C2.一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，两板间有一个正检验电荷固定在个正检验电荷固定在P点，如图点，如图6所示，以所示，以C表示电容器的电容、表示电容器的电容、E表示两板间的场强、表示两板间的场强、表示表示P点的电势，点的电势，W表示正电荷在表示正电荷在P点点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段的电

13、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距离l0，则下列关于各物理量与负极板移动距离，则下列关于各物理量与负极板移动距离x的关系图象中的关系图象中正确的是正确的是()图图6答案答案C带电粒子在电场中的直线运动带电粒子在电场中的直线运动1.做直线运动的条件做直线运动的条件(1)粒子所受合外力粒子所受合外力F合合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)粒子所受合外力粒子所受合外力F合合0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做变速，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做变速直线运动；若电场为匀强电场，则带电粒子做匀变速直线运动。直线运动；若电场为匀强电

14、场，则带电粒子做匀变速直线运动。2.用动力学观点分析用动力学观点分析3.用功能观点分析用功能观点分析A.a的质量比的质量比b的大的大B.在在t时刻，时刻，a的动能比的动能比b的大的大C.在在t时刻，时刻，a和和b的电势能相等的电势能相等D.在在t时刻，时刻，a和和b的动量大小相等的动量大小相等【例【例2】(多选多选)(2018全国卷全国卷，21)如图如图7所示，一平行板电容器所示，一平行板电容器连接在直流电源上，电容器的极板水平；两微粒连接在直流电源上，电容器的极板水平；两微粒a、b所带电荷量所带电荷量大小相等、符号相反，使它们分别静止于电容器的上、下极板附大小相等、符号相反，使它们分别静止于

15、电容器的上、下极板附近，与极板距离相等。现同时释放近，与极板距离相等。现同时释放a、b，它们由静止开始运动。，它们由静止开始运动。在随后的某时刻在随后的某时刻t，a、b经过电容器两极板间下半区域的同一水平经过电容器两极板间下半区域的同一水平面。面。a、b间的相互作用和重力可忽略。下列说法正确的是间的相互作用和重力可忽略。下列说法正确的是()答案答案BD带电体在匀强电场中的直线运动问题的解题步骤带电体在匀强电场中的直线运动问题的解题步骤1.(多选多选)如图如图8所示，一质量为所示，一质量为m、电荷量为、电荷量为q的小球在电场强的小球在电场强度为度为E的匀强电场中，以初速度的匀强电场中，以初速度v

16、0沿直线沿直线ON做匀变速运动，做匀变速运动，直线直线ON与水平面的夹角为与水平面的夹角为30。若小球在初始位置的电势。若小球在初始位置的电势能为零，重力加速度为能为零，重力加速度为g，且，且mgqE，则，则()答案答案BDA.保持保持S闭合，将闭合，将A板适当上移板适当上移B.保持保持S闭合，将闭合，将B板适当下移板适当下移C.先断开先断开S，再将，再将A板适当上移板适当上移D.先断开先断开S，再将，再将B板适当下移板适当下移2.如图如图9所示，所示，A、B为两块水平放置的金属板，通过闭合的开关为两块水平放置的金属板，通过闭合的开关S分分别与电源两极相连，两极板中央各有一个小孔别与电源两极相

17、连，两极板中央各有一个小孔a和和b，在，在a孔正上方孔正上方某处放一带电质点由静止开始下落，若不计空气阻力，该质点到某处放一带电质点由静止开始下落，若不计空气阻力，该质点到达达b孔时速度恰为零，然后返回。现要使带电质点能穿过孔时速度恰为零，然后返回。现要使带电质点能穿过b孔，则孔，则可行的方法是可行的方法是()解析解析设质点距离设质点距离A板的高度为板的高度为h，A、B两板原来的距离为两板原来的距离为d，电压为，电压为U，质点的，质点的电荷量为电荷量为q。由题知质点到达。由题知质点到达b孔时速度恰为零，根据动能定理得孔时速度恰为零，根据动能定理得mg(hd)qU0。若保持。若保持S闭合，将闭合

18、，将A板适当上移，设质点到达板适当上移，设质点到达b时速度为时速度为v，由动能定理得，由动能定理得答案答案B带电粒子在电场中的偏转运动带电粒子在电场中的偏转运动1.两个结论两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，偏移量和偏转角总是相同的。偏移量和偏转角总是相同的。2.带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系图图10【例【例3】如图如图10所示，所示，A、B两个带正电的粒子，所带电荷量分别为两个带正电的粒子，所带电荷量分别为q1与与q2，质量分，质量分别为别为m1

19、和和m2。它们以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电。它们以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，场后，A粒子打在粒子打在N板上的板上的A点，点，B粒子打在粒子打在N板上的板上的B点，若不计重力，则点，若不计重力，则()答案答案C答案答案A【拓展】【拓展】在在【例【例3】中如果仅将中如果仅将“以相同的速度以相同的速度”改为改为“以相同的初动能以相同的初动能”，则下，则下列说法正确的是列说法正确的是()分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题的关键分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题的关键(1)条件分析：不计重力，且带电粒子的初速度条件分析：不计重力，且带电粒子的

20、初速度v0与电场方向垂直，则带电与电场方向垂直，则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动。粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动。(2)运动分析：一般用分解的思想来处理，即将带电粒子的运动分解为沿电运动分析：一般用分解的思想来处理，即将带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动。场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动。1.(多选多选)如图如图11所示，水平放置的平行金属板所示，水平放置的平行金属板A、B连接一恒定电连接一恒定电压，两个质量相等的电荷压，两个质量相等的电荷M和和N同时分别从极板同时分别从极板A的边缘和两极的边缘和

21、两极板的正中间沿水平方向进入板间电场，两电荷恰好在板间某点板的正中间沿水平方向进入板间电场，两电荷恰好在板间某点相遇。若不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用，则下列说相遇。若不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用，则下列说法正确的是法正确的是()A.电荷电荷M的电荷量大于电荷的电荷量大于电荷N的电荷量的电荷量B.两电荷在电场中运动的加速度相等两电荷在电场中运动的加速度相等C.从两电荷进入电场到两电荷相遇，电场力对电荷从两电荷进入电场到两电荷相遇，电场力对电荷M做的功大于电场力对电荷做的功大于电场力对电荷N做做的功的功D.电荷电荷M进入电场的初速度大小与电荷进入电场的初速度大小与电荷N进入电场的初

22、速度大小一定相同进入电场的初速度大小一定相同答案答案AC(1)现有一带电荷量为现有一带电荷量为q、质量为、质量为m的带电粒子的带电粒子(重力不计重力不计)从从AB边上的边上的A点静止释点静止释放，恰好能通过放，恰好能通过E点。求点。求CED区域内的匀强电场的电场强度区域内的匀强电场的电场强度E1；(2)保持保持(1)问中电场强度不变，若在正方形区域问中电场强度不变，若在正方形区域ABOC中某些点静止释放与上述相中某些点静止释放与上述相同的带电粒子，要使所有的粒子都经过同的带电粒子，要使所有的粒子都经过E点，则释放点的坐标值点，则释放点的坐标值x、y间应满足什么间应满足什么关系？关系？2.在直角

23、坐标系中，三个边长都为在直角坐标系中，三个边长都为l2 m的正方形排列如图的正方形排列如图12所示，第一象限正方形区域所示，第一象限正方形区域ABOC中有水平向左的匀强电场，中有水平向左的匀强电场，电场强度的大小为电场强度的大小为E0，在第二象限正方形，在第二象限正方形COED的对角线的对角线CE左侧左侧CED区域内有竖直向下的匀强电场，三角形区域内有竖直向下的匀强电场，三角形OEC区域内区域内无电场，正方形无电场，正方形DENM区域内无电场。区域内无电场。(2)设出发点坐标为设出发点坐标为(x，y)，加速过程由动能定理得，加速过程由动能定理得经过分析，要过经过分析，要过E点在第二象限中类平抛

24、运动时竖直位移与水平位移大小相等点在第二象限中类平抛运动时竖直位移与水平位移大小相等为为y，则，则yvt解得解得yx答案答案(1)4E0(2)yx应用应用1电容器在现代科技生活中的应用电容器在现代科技生活中的应用【典例【典例1】(多选多选)智能手机上的电容触摸屏智能手机上的电容触摸屏目前智能手机普遍采用了电容触摸屏，目前智能手机普遍采用了电容触摸屏，电容触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的，它是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏电容触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的，它是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂一层的内表面和夹层各涂一层ITO(纳米铟锡金属氧化物纳米铟锡金属氧化物)，夹层，夹层I

25、TO涂层作为工作面，四涂层作为工作面，四个角引出四个电极，当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，个角引出四个电极，当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，因为工作面上接有高频信号，电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流因为工作面上接有高频信号，电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例，控制器通过对四出，且理论上流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算来确定手指位置。对于电容触摸屏，下列说法正确的是个电流比例的精密计算来确定手指位置。对于电容触摸屏，下列

26、说法正确的是()科学态度与责任系列科学态度与责任系列电场中的电场中的STSE问题问题图图13A.电容触摸屏只需要触摸，不需要压力即能产生位置信号电容触摸屏只需要触摸，不需要压力即能产生位置信号B.使用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行触控操作使用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行触控操作C.手指压力变大时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容变小手指压力变大时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容变小D.手指与屏的接触面积变大时，电容变大手指与屏的接触面积变大时，电容变大解析解析据题意知，电容触摸屏只需要触摸，由于流经四个电极的电流与手指到四据题意知，电容触摸屏只需要触摸，由于流经四个电极的电流与手指

27、到四个角的距离成比例，控制器就能确定手指的位置，因此不需要手指有压力，故个角的距离成比例，控制器就能确定手指的位置，因此不需要手指有压力，故A正正确；绝缘笔与工作面不能形成一个电容器，所以不能在电容屏上进行触控操作，确；绝缘笔与工作面不能形成一个电容器，所以不能在电容屏上进行触控操作，故故B错误；手指压力变大时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容将变大，错误；手指压力变大时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容将变大，故故C错误；手指与屏的接触面积变大时，电容变大，故错误；手指与屏的接触面积变大时，电容变大，故D正确。正确。答案答案ADA.膜片与极板间的电容增大膜片与极板间的电容增大B.

28、极板所带电荷量增大极板所带电荷量增大C.膜片与极板间的电场强度增大膜片与极板间的电场强度增大D.电阻电阻R中有电流通过中有电流通过【典例【典例2】电容式传声器电容式传声器图图14为某电容传声器结构示意为某电容传声器结构示意图，当人对着传声器讲话，膜片会振动。若某次膜片振图，当人对着传声器讲话，膜片会振动。若某次膜片振动时，膜片与极板距离增大，则在此过程中动时，膜片与极板距离增大，则在此过程中()答案答案D图图15应用应用2静电除尘静电除尘【典例【典例3】如图如图15所示为某静电除尘器的工作原理图，根据此图请判断以下说法正所示为某静电除尘器的工作原理图，根据此图请判断以下说法正确的是确的是()A

29、.离子发生器的作用是在空气经过时使其中的粉尘带上负电离子发生器的作用是在空气经过时使其中的粉尘带上负电B.集尘盘负极吸附大量粉尘的原因是粉尘带上了正电集尘盘负极吸附大量粉尘的原因是粉尘带上了正电C.若预过滤网破裂，不影响除尘器的除尘效果若预过滤网破裂，不影响除尘器的除尘效果D.该除尘器能有效去除空气中的有毒气体该除尘器能有效去除空气中的有毒气体解析解析通过集尘盘能收集粉尘可知，粉尘带正电，选项通过集尘盘能收集粉尘可知，粉尘带正电，选项A错误，错误，B正确；过滤网的正确；过滤网的作用是滤去质量较大的颗粒，细小颗粒更易被收集，选项作用是滤去质量较大的颗粒，细小颗粒更易被收集，选项C错误；该装置无法

30、分辨错误；该装置无法分辨气体是否有毒性，选项气体是否有毒性，选项D错误。错误。答案答案B应用应用3静电喷涂静电喷涂【典例【典例4】静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面上的一种喷涂方法，其工作原理如图向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面上的一种喷涂方法，其工作原理如图16所示。所示。忽略运动中涂料微粒间的相互作用和涂料微粒的重力。下列说法中正确的是忽略运动中涂料微粒间的相互作用和涂料微粒的重力。下列说法中正确的是()A.当静电喷涂机与被喷涂工件之间的距离增大时，在运动中的涂

31、料微粒所受电场力当静电喷涂机与被喷涂工件之间的距离增大时，在运动中的涂料微粒所受电场力增大增大B.涂料微粒的运动轨迹仅由被喷涂工件与静电喷涂机之间所接的高压电源决定涂料微粒的运动轨迹仅由被喷涂工件与静电喷涂机之间所接的高压电源决定C.在静电喷涂机水平向左移动的过程中，有两个带有相同电荷量的微粒先后经过被在静电喷涂机水平向左移动的过程中，有两个带有相同电荷量的微粒先后经过被喷涂工件右侧喷涂工件右侧P点点(相对工件的距离不变相对工件的距离不变)处，先经过的微粒电势能较大处，先经过的微粒电势能较大D.涂料微粒在向被喷涂工件运动的轨迹中，在直线轨迹上电势升高最快涂料微粒在向被喷涂工件运动的轨迹中，在直线轨迹上电势升高最快解析解析当静电喷涂机与被喷涂工件之间的距离增大时，由于静电喷涂机与被喷涂当静电喷涂机与被喷涂工件之间的距离增大时，由于静电喷涂机与被喷涂工件之间电压恒定，电场强度减小，故电场力减小，选项工件之间电压恒定，电场强度