高考物理总复习专题7电场第3讲电容带电粒子在电场中的运动市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

第3讲电容、带电粒子在电场中运动【考纲解读】1.了解电容器基本概念，掌握好电容器三类动态分析；2.用动力学方法处理带电粒子在电场中直线运动问题；3.能利用运动合成与分解处理带电粒子偏转问题．1/64一、电容器、电容1．电容器(1)组成：由两个彼此________又相互________平行板导体组成．(2)带电荷量：一个极板所带电荷量________．(3)电容器充、放电充电：使电容器带电过程，充电后电容器两极板带上等量__________，电容器中储存________．放电：使充电后电容器失去电荷过程，放电过程中________转化为其它形式能．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2/64正对面积正两极板间距离电压电荷量3/64二、带电粒子在电场中运动1．带电粒子在电场中加速(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__________两个分运动，类似于___________．匀变速曲线相互垂直平抛运动4/64匀速直线

匀加速直线

5/641．[对电容器计算式考查](多项选择)对于给定电容器，描述其电容C，电荷量Q，电压U之间对应关系图象正确是()6/647/648/649/6410/6411/64考点1平行板电容器动态分析12/6413/64例1(年天津卷)如图所表示，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点点电荷，以E表示两板间电场强度，Ep表示点电荷在P点电势能，θ表示静电计指针偏角．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．θ增大，E增大 B．θ增大，Ep不变C．θ减小，Ep增大 D．θ减小，E不变思绪剖析：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电场强度怎样改变？P点电势怎样改变？14/64【答案】D15/64练1(多项选择)如图所表示电路，闭合开关，水平放置平行板电容器中有一个带电液滴恰好处于静止状态．为了使液滴竖直向上运动，以下操作可行是()A．断开开关，将两板间距离拉大一些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，将两板间距离减小一些D．保持开关闭合，以两板各自左侧板沿为轴，同时向上(即逆时针方向)转过一个小角度【答案】BC16/6417/6418/641．带电粒子在电场中运动时重力处理(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或明确暗示以外，普通都不考虑重力(但并不忽略质量)．(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确暗示以外，普通都不能忽略重力．2．带电粒子在电场中变速直线运动可用运动学公式和牛顿第二定律求解，或从功效角度用动能定理、能量守恒定律求解．考点2带电粒子在电场中直线运动19/64例2如图所表示，A和B是两个相同带电小球，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放在它正上方一块绝缘板上．当手持绝缘板，使B从静止开始以恒定加速度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脱离板时动能；(2)B在脱离绝缘板前运动过程中，电场力和板支持力对B做功代数和W；(3)B脱离绝缘板时距A高度x.20/6421/64练2(多项选择)如图所表示，平行板电容器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表示水平直线经过电容器，则在此过程中，该粒子()A．所受重力与电场力平衡 B．电势能逐步增加C．动能逐步增加 D．做匀变速直线运动【答案】BD【解析】粒子做直线运动，其重力和电场力协力应与速度共线，如图所表示．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；协力做负功，动能减小，选项C错误；电容器极板与直流电源相连，即其电压、板间场强不变，则电场力不变，协力恒定，因而粒子做匀变速直线运动，选项D正确．22/64带电粒子在匀强电场中做直线运动问题主要用力观点求解，即利用牛顿第二定律并结合运动学规律求解．其思绪是认真分析带电粒子受力情况和运动情况，建立清楚物理情景，然后由力观点列方程．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，能够用牛顿第二定律与匀变速直线运动规律求解；对于多过程往复运动也能够由能观点求解．23/64考点3带电粒子在电场中偏转24/6425/6426/64例3如图所表示，在两条平行虚线内存在着宽度为L、电场强度为E匀强电场，在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行屏．现有一电荷量为＋q、质量为m带电粒子(重力不计)，以垂直于电场线方向初速度v0射入电场中，v0方向延长线与屏交点为O.试求：(1)粒子从射入电场到打到屏上所用时间；(2)粒子刚射出电场时速度方向与初速度方向夹角正切值tanα；(3)粒子打到屏上点P到O点距离x.27/64思绪剖析：(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)怎样求解带电粒子在竖直方向分速度？(3)带电粒子射出电场后，做什么运动？28/6429/6430/64【答案】B31/6432/64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，电子枪发射电子打在荧光屏上将出现亮点．若亮点很快移动，因为视觉暂留效应，能在荧光屏上看到一条亮线．1．如图，假如只在偏转电极YY′上加上如图甲所表示Uy＝Umsinωt电压，荧光屏上亮点偏移也将按正弦规律改变，即y′＝ymsinωt，并在荧光屏上观察到亮线形状为图A(设偏转电压频率较高)．2．假如只在偏转电极XX′上加上如图乙所表示电压，在荧光屏上观察到亮线形状为图B(设偏转电压频率较高)．考点4示波器原理33/6434/643．假如在偏转电极YY′加上图甲所表示电压，同时在偏转电极XX′上加上图乙所表示电压，在荧光屏上观察到亮线形状为图C．(设偏转电压频率较高)35/64例4图甲为示波管原理图．假如在电极YY′之间所加电压按图乙所表示规律改变，在电极XX′之间所加电压按图丙所表示规律改变，则在荧光屏上会看到图形是()36/64【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为正最大值时，电子打在荧光屏上有正最大位移，当UY为负最大值时，电子打在荧光屏上有负最大位移，所以一个周期内荧光屏上图象为B．37/64练4如图所表示为示波管结构示意图，现在XX′间加上Uxx′－t信号，YY′间加上Uyy′－t信号，(如图甲、乙所表示)．则在屏幕上看到图形是()38/64【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YY′(信号电压)电场偏转，再经过水平XX′(扫描电压)电场偏转，最终在显示器上形成稳定图象．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．39/64示波管荧光屏上图形形状判断方法：示波管中电子在YY′和XX′两个偏转电极作用下，同时参加两个类平抛运动，首先沿YY′方向偏转，另首先沿XX′方向偏转，找出几个特殊点，即可确定荧光屏上图形．40/641．模型概述对于复合场中力学问题，能够依据力独立作用原理分别研究每种场力对物体作用效果，也能够同时研究几个场力共同作用效果，将复合场等效为一个简单场，然后与重力场中力学问题进行类比，利用力学规律和方法进行分析与解答．微课堂＋带电体在复合场中运动41/6442/6443/64审题突破：小球所受重力和电场力都为恒力，故两力等效为一个力F，如图所表示．可知F＝1.25mg，方向左偏下37°，从图中可知，做完整圆周运动临界点是能否经过D点，若恰好能经过D点，即到达D点时球与环弹力恰好为零．【答案】10R44/6445/64练5在电场方向水平向右匀强电场中，一带电小球从A点竖直向上抛出，其运动轨迹如图所表示．小球运动轨迹上A，B两点在同一水平线上，M为轨迹最高点．小球抛出时动能为8.0J，在M点动能为6.0J，不计空气阻力．求：(1)小球水平位移x1与x2比值；(2)小球落到B点时动能EkB；(3)小球从A点运动到B点过程中最小动能Ekmin.46/64解：(1)如图所表示，带电小球在水平方向上受电场力作用做初速度为零匀加速运动，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时间相等，则x1∶x2＝1∶3.47/6448/64利用功效观点处理带电体在复合场中运动问题时，首先对带电体受力分析，再分析运动形式，然后依据详细情况选取对应公式计算．1．若选取动能定理，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动能增量．2．若选取能量守恒定律，则要分清带电体在运动中共有多少种能量参加转化，哪些能量是增加，哪些能量是降低．49/64热点题组一电容器动态分析1．(多项选择)(届长沙模拟)如图所表示，两块较大金属板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油滴恰好处于静止状态．以下说法中正确是()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电流B．若将A板向左平移一小段位移，则油滴依然静止，G表中有b→a电流50/64C．若将S断开，则油滴马上做自由落体运动，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电流【答案】AB51/642．(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，如图所表示，以C表示电容器电容、E表示两板间场强、φ表示P点电势，W表示正电荷在P点电势能，若正极板保持不动，将负极板迟缓向右平移一小段距离l0过程中，各物理量与负极板移动距离x关系图象中正确是()52/6453/6454/6455/644．(届襄阳月考)如图所表示，一价氢离子(H)和二价氦离子(He)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．同时抵达屏上同一点B．先后抵达屏上同一点C．同时抵达屏上不一样点D．先后抵达屏上不一样点【答案】B56/64热点题组三带电体在复合场中运动5．(届平顶山检测)如图所表示，AB是一倾角为θ＝37°绝缘粗糙直轨道，滑块与斜面间动摩擦因数μ＝0.30，BCD是半径为R＝0.2m光滑圆弧轨道，它们相切于B点，C为圆弧轨道最低点，整个空间存在着竖直向上匀强电场，场强E＝4.0×103N/C，质量m＝0.20kg带电滑块从斜面顶端由静止开始下滑．已知斜面AB对应高度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点时速度大小；(2)滑块滑到圆弧轨道最低点C时对轨道压力．57/6458/6459/646．(届大连检测)如图所表示，在竖直平面内，AB为水平放置绝缘粗糙轨道，CD为竖直放置足够长绝缘粗糙轨道，AB与CD经过四分之一绝缘光滑圆弧形轨道平