1.5電容器的電容帶電粒子在電場中的加速

1、Nkze納思9電容帶電粒子在電場中的加速精講年級：高中 科目：物理 類型：選考制作人：黃海輝知識點：電容 帶電粒子在電場中的加速1. 常見電容器(1) 組成：由兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體組成。(2) 帶電荷量：一個極板所帶電荷量的絕對值。電容器的充、放電充電：使電容器帶電的過程，充電后電容器兩板帶上等量的異種電荷，電容器中儲存電場能。放電：使充電后的電容器失去電荷的過程， 放電過程中電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的 能。2. 電容(1) 定義：電容器所帶的電荷量 Q與電容器兩極板間的電勢差 U的比值。(2) 定義式：C = Q。(3) 物理意義：表示電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量。(4) 單位：法拉(

2、F)6 121 F= 106 uF 10 pF3. 平行板電容器(1) 影響因素：平行板電容器的電容與極板的正對面積成正比，與電介質(zhì)的相對 介電常數(shù)成正比，與極板間距離成反比。rS(2) 決定式：c = 4nd，k為靜電力常量。4. 電容器的兩類問題平行板電容器動態(tài)變化的兩種情況(1) 電容器始終與電源相連時，兩極板間的電勢差U保持不變。(2) 充電后與電源斷開時，電容器所帶的電荷量 Q保持不變。平行板電容器動態(tài)問題的分析思路11.謡地容塞的$/的變化L.科庵養(yǎng)變比電諭Q不變r圳測:的變化5. 帶電粒子在電場中的加速問題帶電體在勻強(qiáng)電場中的直線運(yùn)動問題的分析方法帶電粒子在電場中運(yùn)動時重力的處理

3、（1）微觀粒子（如電子、質(zhì)子、a粒子等）在電場中的運(yùn)動，通常不必考慮其重力及 運(yùn)動中重力勢能的變化。普通的帶電體（如油滴、塵埃、小球等）在電場中的運(yùn)動，除題中說明外，必須 考慮其重力及運(yùn)動中重力勢能的變化。6. 帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入電場， 帶電粒子將做加（減）速運(yùn)動。有兩 種分析方法：用動力學(xué)觀點分析：a= qE，E =曽，v2-vo= 2ad。（2）用功能觀點分析：粒子只受電場力作用，電場力做的功等于物體動能的變化，.1 2 1 2qU = qmv qmvo?！纠}1】 如圖所示，先接通S使電容器充電，然后斷開 S,增大兩極板間的 距離時，電容器所帶電荷量 Q、電容C、兩極板間電

4、勢差U及場強(qiáng)E的變化情 況是（）A Q變小，C不變，U不變，E變大B. Q變小，C變小，U不變，E變小C. Q不變，C變小，U變大，E不變D. Q不變，C變小，U變小，E無法確定解析 由充電后斷開電源，電容器的電荷量不變，選項 A、B錯；由C =4需知 增大兩極板間的距離時，電容 C減小，由C =桔知，U增大；兩板間電場強(qiáng)度E u 4 no二U二駕，可見當(dāng)增加兩板間距時，電場強(qiáng)度不變，選項 C對，D錯。答案 C【例題2】.某電場電場線分布如圖所示，A、B為某電場線上的兩點，一帶負(fù) 電的粒子以一定的初速度沿電場線從 A運(yùn)動到B。不計粒子的重力，在整個運(yùn)動 過程中（）A .粒子做勻加速直線運(yùn)動B

5、.粒子運(yùn)動的加速度增大C.粒子的電勢能減少D .粒子的動能減少解析 根據(jù)題目信息，帶負(fù)電的粒子從 A運(yùn)動到B的過程中，電場力方向與運(yùn) 動方向相同，電場強(qiáng)度逐漸減小，電場力逐漸減小，因粒子重力不計，電場力就 是粒子受到的合力，所以粒子做加速度減小的直線運(yùn)動，選項A、B錯；因電場力方向與運(yùn)動方向相同，所以電場力做正功，電勢能減少，粒子的動能增加，選 項C對，D錯。答案 C【例題3】（多選）如圖所示，電子由靜止開始從 A板向B板運(yùn)動，到達(dá)B板的 速度為v,保持兩板間的電壓不變，則（）A.當(dāng)增大兩板間的距離時，v增大B.當(dāng)減小兩板間的距離時，v增大C.當(dāng)改變兩板間的距離時，v不變D 當(dāng)增大兩板間的距離

6、時，電子在兩板間運(yùn)動的時間增大解析電子做勻加速直線運(yùn)動，則imd二d 又由eU = 1mv2 0得v =寸2，與d無關(guān)，故C、D正確。解得 t=d/im,即 tx d答案 CD精練年級：高中 科目：物理 類型：選考知識點：電容 帶電粒子在電場中的加速難度：中等總題量：10題預(yù)估總時間：30min1 電容器的電容與本身構(gòu)造有關(guān)，對于平行板電容器，不能決定電容器電容的 物理量是（）A電容器兩板間的距離B 電容器兩板所帶的電荷量C 電容器兩板的正對面積D.電容器兩板間的電介質(zhì)解析根據(jù)平行板電容器電容的決定式c=4nd可得電容的大小和兩極板間的 距離d、兩極板的正對面積S、電容器極板間的電介質(zhì)有關(guān)，與

7、兩極板的電荷量 無關(guān)，故選B。答案 B2. 個電容器的規(guī)格是“ 10 F 50 V”，則（）A .這個電容器的電容為10 5 FB. 這個電容器加上50 V電勢差時，電容才是10尸C. 這個電容器沒有電勢差時，電容為 0D. 這個電容器加的電勢差不能低于 50 V解析 電容器的電容與電容器板間電勢差無關(guān)，無論是否有電勢差，電容都是10尸，選項A正確，B、C錯誤；50 V為電容器允許加的最大電勢差，選項 D 錯誤。答案 A3. 如圖所示，設(shè)兩極板正對面積為S,極板間的距離為d,靜電計指針偏角為Gb 實驗中，極板所帶電荷量不變，若（）A. 保持S不變，增大d,則G變大B. 保持S不變，增大d,則G

8、變小C. 保持d不變，減小S,則G變小D. 保持d不變，減小S,則G不變解析 靜電計指針偏角反映電容器兩板間電壓大小。 在做選項所示的操作中，電QrS容器電荷量Q保持不變，由C = Q=4nd知，保持S不變，增大d,則C減小，U增大，偏角G增大，選項A正確，B錯誤；保持d不變，減小S,則C減小， U增大，偏角G也增大，故選項C、D均錯。答案 A4. （2016 9月紹興適應(yīng)性考試）2015年4月16日，中國南車設(shè)計制造的全球首創(chuàng) 超級電容儲能式現(xiàn)代電車在寧波下線，不久將成為二三線城市的主要公交用車。 這種超級電車的核心是我國自主研發(fā)、全球首創(chuàng)的“超級電容器”。如圖所示，這種電容器安全性高，可反

9、復(fù)充放電100萬次以上，使用壽命長達(dá)十二年，且容 量超大（達(dá)到9 500 F）,能夠在10 s內(nèi)完成充電。下列說法正確的是（）A .該“超級電容器”能儲存電荷B. 該“超級電容器”的電容隨電壓的增大而增大C. 該“超級電容器”放電過程中把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D. 充電時電源的正極應(yīng)接“超級電容器”的負(fù)極 解析 電容器能儲存電荷，A正確；電容器的電容反映電容器容納電荷的本領(lǐng)， 由電容器本身決定，與電壓無關(guān)，B錯；電容器放電過程把電能轉(zhuǎn)化為其他形式 的能，C錯誤；電容器充電時，電源的正極接電容器的正極， D錯誤。答案 A5如圖所示，平行板電容器接在電勢差恒為 U的電源兩端，下極板接地。一帶 電油滴位于

10、電容器中的 P點且恰好處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)將平行板電容器的上極板 豎直向上移動一小段距離（）I +尸vA帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動B. 電容器的電容減小C. 電容器的電容增大D. 極板帶電荷量將增大解析 由于平行板電容器電壓保持不變，將上極板豎直向上移動一小段距離， 板 間場強(qiáng)減小，油滴所受靜電力減小，油滴將沿豎直方向向下運(yùn)動，故選項 A錯 誤；將上極板豎直向上移動一小段距離，板間距離增大，電容減小，而電勢差不 變，由Q= CU可知，電荷量Q減小，故選項B正確，C、D錯誤。答案 B6. 電場中，初速度為零的帶正電粒子在勻強(qiáng)電場作用下，運(yùn)動方向正確的是（）ABCD解析 正電荷在電場中受電場力的方向

11、與電場方向相同，若電荷由靜止開始運(yùn)動，則正電荷應(yīng)沿電場線運(yùn)動，D正確。答案 D7. 如圖所示，帶電平行金屬板 A、B，板間的電勢差為U，板間距離為d，A板 帶正電，B板中央有一小孔。一帶電的微粒，帶電荷量為 q,質(zhì)量為m,自孔的 正上方距板高h(yuǎn)處自由下落，若微粒恰能落至 A、B板的正中央C點，則下列說 法中，錯誤的是（）A 微粒在下落過程中動能逐漸增大，重力勢能逐漸減小B. 微粒下落過程中重力做功為 mg(h+ 2)，靜電力做功為一qUC.微粒落入電場中，電勢能逐漸增加，其增加量為qU2D若微粒從距B板高2h處自由下落，則恰好能到達(dá) A板解析 微粒下落至C點的過程中，重力勢能減小，動能先增大后

12、減小，故 A選 項錯誤；重力做功為mg(h + 2)，靜電力做功為一罟，電勢能增加，增加量為罟， 故B、C選項正確；若微粒從距B板高h(yuǎn)處自由下落，則由動能定理得 W外二mg(h2)-二 0， 即 qU = mg(2h+ d)，微粒從距B板高2h處自由下落時，設(shè)微粒落至與 B板距離為x的點，由動能定 理得W外丄mg(2h+ x) qU= 0,解得x= d,說明微粒恰能到達(dá)A板，故D選項 正確。答案 A8. (多選)如圖，平行板電容器的兩個極板與水平地面成一角度，兩極板與一直 流電源相連。若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器， 則在此過程中, 該粒子()A 所受重力與電場力平衡B 電勢能逐

13、漸增加C. 動能逐漸增加D 做勻變速直線運(yùn)動解析要使粒子在電場中做直線運(yùn)動，必須使合力與運(yùn)動方向在同一直線上，由 題意做受力分析可知，重力豎直向下，電場力垂直極板向上，合力水平向左，故 A錯誤；因電場力做負(fù)功，故電勢能增加，B正確；合力做負(fù)功，故動能減少， C錯誤；因合力為定值且與運(yùn)動方向在同一直線上，故D正確。答案 BD9. （多選）如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板。質(zhì)量為 m、 電荷量為一q的帶電粒子（不計重力），以初速度V。由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)M、N間 電壓為U時，粒子剛好能到達(dá)N板，如果要使這個帶電粒子能到達(dá) M、N兩板1間距的1處返回，貝U下述措施能滿足要求的是（）1

14、A .使初速度減為原來的2B. 使M、N間電壓加倍C. 使M、N間電壓提高到原來的4倍1D. 使初速度和M、N間電壓都減為原來的21U'1解析 粒子恰好到達(dá)N板時有Uq二mv。，恰好到達(dá)兩板中間返回時有二; mv水平向右電場的電場強(qiáng)度；1 若將電場強(qiáng)度減小為原來的$物塊的加速度； 電場強(qiáng)度變化后物塊下滑距離 L時的動能。解析（1）小物塊靜止在斜面上，受重力、電場力和斜面支持力，受力分析如圖所示，則有Fzsin 37丄qE，比較兩式可知B、D選項正確。答案 BD10. 如圖所示，一電荷量為+ q、質(zhì)量為m的小物塊處于一傾角為37°的光滑斜 面上，當(dāng)整個裝置被置于一水平向右的勻強(qiáng)電場中， 小物塊恰好靜止。重力加