高考物理大一轮复习 专题六 电场 第3讲 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动课件

1、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.常见电容器,绝缘,靠近,绝对值,(1)组成：由两个彼此_又相互_的导体组成. (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的_.,(3)电容器的充、放电,异种电荷,电场能,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,电场能,2.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_.,106,1012,(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

2、无关. (4)单位：1 法拉(f)_微法(f)_皮法(pf).,3.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_.,rs 4kd,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)条件分析：带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场. (2)运动性

3、质：匀变速曲线运动.,(3)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.,(4)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,(5)运动规律,沿初速度方向做_运动，运动时间,匀速直线,沿电场力方向，做_运动.,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(q 0)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,),作用力可忽略，不计重力，则 mm 为(

4、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 1.分析比较的思路 (1)先确定是 q 还是 u 不变：电容器保持与电源连接，u 不 变；电容器充电后与电源断开，q 不变.,2.两类动态变化问题的比较,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.,典例剖析 例 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

5、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,u2,【考点练透】 1.(多选)美国物理学家密立根通过研究平行板间悬浮不动 的带电油滴，比较准确地测定了电子的电荷量.如图 6-3-4 所示， 平行板电容器两极板 m、n 相距 d，两极板分别与电压为 u 的 恒定电源两极连接，极板 m 带正电.现有一质量为 m 的带电油 滴在极板中央处于静止状态，且此时极板带电荷量与油滴带电,),荷量的比值为 k，则( a.油滴带负电,b.油滴带电荷量为,mg ud,c.电容器的电容为,kmgd,图 6-3-4,d.将极板 n 向下缓慢移动一小段距离，油滴将向上运动

6、,解析：由题意知油滴受到的电场力方向竖直向上，又上极 板带正电，故油滴带负电，设油滴带电荷量为 q，则极板带电,则电场强度 e 减小，重力将大于电场力，油滴将向下运动，只 有选项 a、c 正确. 答案：ac,考点 2 带电粒子在电场中的直线运动分析 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.,，其中 r 为该点到 q 的距离(选无限,典例剖析 例 2：如图 6-3-5 所示，

7、在 a 点固定一正电荷，电量为 q， 在离 a 高度为 h 的 c 处由静止释放某带同种电荷的液珠，开始 运动瞬间向上的加速度大小恰好等于重力加速度 g.已知静电力 常量为 k，两电荷均可看成点电荷，不计空气阻力.求： (1)液珠的比荷. (2)液珠速度最大时离 a 点的距离 h. (3)若已知在点电荷 q 的电场中，某点的电势,可表示成,kq r,远的电势为零).求液珠能到达的最高点 b 离 a 点的,高度 rb.,图 6-3-5,【考点练透】 2.(2014 年安徽卷)如图 6-3-6 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

8、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.,图 6-3-6,(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.,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 6-3-7 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,图 6-3-7,结论：动能一定时 tan 与 q 成正比，电荷量相同时

9、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 y,u1l2 4u0d,.,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 例 3：(2014 年山东卷)如图 6-3-8 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

10、.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 6-3-8,解析：由两粒子轨迹恰好相切，根据对称性，两个粒子的 轨迹相切点一定在矩形区域的中心，并且两粒子均做类平抛运,答案：b 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.,【考点练透】 3.如图 6-3-9 所示，平行金属板 a、b 水平正对放置，分别 带等量异种电荷.一带电微粒水平射入板间，在重力和电场力共,),同作用下运动，轨迹如图中虚线所示，那么

11、( 图 6-3-9 a.若微粒带正电荷，则 a 板一定带正电荷 b.微粒从 m 点运动到 n 点电势能一定增加 c.微粒从 m 点运动到 n 点动能一定增加 d.微粒从 m 点运动到 n 点机械能一定增加 答案：c,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

12、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 6-3-10 甲所示，真空中相距 d5 cm 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乙所示.将一个质量为 21027,kg，电量 q1.61019,c 的带电粒子从紧临 b 板处释放，不,计重力.,甲,乙,图 6-3-10,求：(1

13、)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 t1.0105 s，在 t0 时将带电 粒子从紧临 b 板处无初速度释放，粒子到达 a 板时速度的大小.,b 板处无初速度释放该带电粒子，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

14、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，本题应通过受力情况先确定粒子的运动情况，再确定 两板间电势的变化频率.周期性变化的电场在高考中也经常出 现.,【触类旁通】 如图 6-3-11 甲所示，在真空中足够大的绝缘水平地面上， 一个质量为 m0.2 kg，带电荷量为 q2.0106 c 的小物块处 于静止状态，小物块与地面间的动摩擦因数0.1.从 t0 时刻 开始，空间加上一个如图乙所示的场强大小和方向呈周期性变 化的电场(取水平向右为正方向，g 取 10 m/s2)，求：,乙,甲 图 6-3-11 (1)23 s 内小物块的位移大小. (2)23 s 内电场力对小物块所做的功.,解：(1)02 s 内小物块的加速度为 a1，由牛顿第二定律得 e1qmgma1,2 s 末的速度为 v2a1t14 m/s 24