2022物理一輪復(fù)習(xí)人教版廣西專版：第七章　第3節(jié)　電容器　帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

第3節(jié)

電容器

帶電粒子在

電場中的運(yùn)動(dòng)-2-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷一、電容器1.電容器(1)組成:由兩個(gè)彼此絕緣

又相互靠近

的導(dǎo)體組成。

(2)所帶電荷量:一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值

。

(3)電容器的充、放電:①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(chǔ)存電場能

。

②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。

-3-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷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。

(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(F),1F=106

μF=1012pF。

3.平行板電容器(1)影響因素:平行板電容器的電容與正對(duì)面積

成正比,與介質(zhì)的介電常數(shù)成正

比,與兩極板間距離

成反比。

(2)決定式:C=,k為靜電力常量。-4-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷二、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)1.加速問題2.偏轉(zhuǎn)問題(1)條件分析:不計(jì)重力的帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強(qiáng)電場。(2)運(yùn)動(dòng)性質(zhì):勻變速曲線

運(yùn)動(dòng)。

(3)處理方法:利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解。①沿初速度方向:做勻速

運(yùn)動(dòng)。

②沿電場方向:做初速度為零的勻加速

運(yùn)動(dòng)。

-5-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷-6-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷如圖所示,板長為l,間距為d,兩極板電壓為U的平行板電容器,一帶電粒子從兩極板間距的中點(diǎn)處射入,恰好從下極板邊緣射出,帶電粒子自身的重力不計(jì)。為什么說粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí),就好像從極板間中點(diǎn)沿直線射出一樣?-7-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷所以說粒子就好像從極板間中點(diǎn)沿直線射出。

-8-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷1.(多選)有一只電容器的規(guī)格是“1.5μF,9V”,那么(

)A.這只電容器上的電荷量不能超過1.5×10-5CB.這只電容器上的電荷量不能超過1.35×10-5CC.這只電容器的額定電壓為9VD.這只電容器的擊穿電壓為9V答案解析解析關(guān)閉9V為電容器的額定電壓(或工作電壓),正常工作時(shí)的電荷量Q=CU=1.5×10-6×9C=1.35×10-5C,選項(xiàng)B、C正確。答案解析關(guān)閉BC-9-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷2.(2020·廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)全球首創(chuàng)超級(jí)電容儲(chǔ)存式現(xiàn)代電車在中國寧波基地下線,沒有傳統(tǒng)無軌電車的“辮子”,沒有尾氣排放,乘客上下車的30s內(nèi)可充滿電并行駛5km以上,剎車和下坡時(shí)可把80%的剎車能量轉(zhuǎn)化成電能回收儲(chǔ)存再使用。使用“3V

12000F”石墨烯納米混合型超級(jí)電容器的電車,如圖所示。下列說法正確的是(

)A.該電容器的容量為36000A·hB.電容器放電,電荷量逐漸減少到0,電容不變C.電容器放電,電荷量逐漸減少到0,電壓不變D.若30s能充滿電,則充電平均電流為3600AB-10-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷解析:該電容器容納最大電荷量為Q=CU=12

000×3

C

=36

000

C,A錯(cuò)誤;電容器的電容與電荷量和電壓無關(guān),在充放電時(shí)電容不變,電容器放電,電荷量逐漸減小到0,電壓逐漸減小為0,B正確,C錯(cuò)誤;-11-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷3.某同學(xué)按如圖甲所示連接電路,利用電流傳感器研究電容器的放電過程。先使開關(guān)S接1,電容器充電完畢后將開關(guān)擲向2,可視為理想電流表的電流傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī),屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的I-t曲線,如圖乙所示。定值電阻R已知,且從圖中可讀出最大放電電流I0,以及圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積S,但電源電動(dòng)勢、電源內(nèi)阻、電容器的電容均未知,根據(jù)題目所給的信息,下列物理量不能求出的是(

)甲

乙-12-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷A.電容器放出的總電荷量B.電阻R兩端的最大電壓C.電容器的電容D.電源的內(nèi)阻答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-13-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷4.如圖所示,電子由靜止開始從A板向B板運(yùn)動(dòng),到達(dá)B板的速度為v,保持兩極板間電壓不變,則(

)A.當(dāng)減小兩極板間的距離時(shí),速度v增大B.當(dāng)減小兩極板間的距離時(shí),速度v減小C.當(dāng)減小兩極板間的距離時(shí),速度v不變D.當(dāng)減小兩極板間的距離時(shí),電子在兩極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變長答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-14-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷5.如圖所示,質(zhì)子,以相同的初動(dòng)能垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(粒子不計(jì)重力),則這兩個(gè)粒子射出電場時(shí)的側(cè)位移y之比為(

)A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶4答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析(師生共研)兩類動(dòng)態(tài)問題分析比較(1)第一類動(dòng)態(tài)變化:兩極板間電壓U恒定不變。-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三(2)第二類動(dòng)態(tài)變化:電容器所帶的電荷量Q恒定不變。

-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例1如圖所示,A、B為兩塊豎直放置的平行金屬板,G是靜電計(jì),開關(guān)S閉合后,靜電計(jì)指針張開一定角度。下述做法可使靜電計(jì)指針張角增大的是(

)A.使A板向左平移以增大板間距離B.在A、B兩板之間插入一塊陶瓷板C.斷開S后,使B板向左平移以減小板間距離D.斷開S后,使B板向上平移以減小極板正對(duì)面積答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三思維點(diǎn)撥開關(guān)S閉合,電容器兩端的電勢差不變;斷開S,電容器所帶的電荷量不變,通過確定電容器兩端間的電勢差變化判斷指針張角的變化。-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2(多選)如圖所示,電路中A、B、C、D是完全相同的金屬極板,P是A、B板間的一點(diǎn),在C、D板間插有一塊有機(jī)玻璃板。閉合開關(guān),電路穩(wěn)定后將開關(guān)斷開?，F(xiàn)將C、D板間的玻璃板抽出,下列說法正確的是(

)A.金屬板C、D構(gòu)成的電容器的電容減小B.P點(diǎn)電勢降低C.玻璃板抽出過程中,電阻R中有向右的電流D.A、B兩板間的電場強(qiáng)度減小答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三規(guī)律總結(jié)解決電容器問題的兩個(gè)常用技巧1.在電荷量保持不變的情況下,由

知,電場強(qiáng)度與板間距離無關(guān)。2.對(duì)平行板電容器的有關(guān)物理量Q、E、U、C進(jìn)行討論時(shí),關(guān)鍵在于弄清哪些是變量,哪些是不變量,在變量中哪些是自變量,哪些-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練1.一平行板電容器充電后與電源斷開,負(fù)極板接地,兩板間有一個(gè)正檢驗(yàn)電荷固定在P點(diǎn),如圖所示。以C表示電容器的電容、E表示兩板間的電場強(qiáng)度、φ表示P點(diǎn)的電勢,W表示正電荷在P點(diǎn)的電勢能,若正極板保持不動(dòng),將負(fù)極板緩慢向右平移一小段距離l0,則下列關(guān)于各物理量與負(fù)極板移動(dòng)距離x的關(guān)系圖像正確的是(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-22-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的直線運(yùn)動(dòng)(師生共研)1.做直線運(yùn)動(dòng)的條件(1)粒子所受合外力F合=0,粒子靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)粒子所受合外力F合≠0,且與初速度方向在同一條直線上,帶電粒子將做勻加速直線運(yùn)動(dòng)或勻減速直線運(yùn)動(dòng)。2.用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)分析3.用功能觀點(diǎn)分析勻強(qiáng)電場中:W=Eqd=qU=非勻強(qiáng)電場中:W=qU=Ek2-Ek1-23-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3如圖所示,一充電后的平行板電容器的兩極板相距l(xiāng)。在正極板附近有一質(zhì)量為m0、電荷量為q(q>0)的粒子;在負(fù)極板附近有另一質(zhì)量為m、電荷量為-q的粒子。在電場力的作用下,兩粒子同時(shí)從靜止開始運(yùn)動(dòng)。已知兩粒子同時(shí)經(jīng)過一平行于正極板且與其相距

l的平面。若兩粒子間相互作用力可忽略,不計(jì)重力,則m0∶m為(

)A.3∶2 B.2∶1 C.5∶2 D.3∶1答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-24-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三思維點(diǎn)撥

-25-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例4如圖所示,板長l=4cm的平行板電容器,板間距離d=3cm,板與水平線夾角α=37°,兩板所加電壓為U=100V。有一帶負(fù)電液滴,電荷量為q=3×10-10C,以v0=1m/s的水平速度自A板邊緣水平進(jìn)入電場,在電場中仍沿水平方向并恰好從B板邊緣水平飛出(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)。求:(1)液滴的質(zhì)量;(2)液滴飛出時(shí)的速度。答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-26-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三方法歸納帶電體是否考慮重力的判斷1.微觀粒子(如電子、質(zhì)子、離子等)和無特別說明的帶電粒子,一般都不計(jì)重力(并不是忽略質(zhì)量)。2.帶電微粒(如油滴、液滴、塵埃、小球等)除有特別說明或暗示外,一般要考慮重力。3.原則上,所有未明確交代的帶電體,都應(yīng)根據(jù)題中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和過程,反推是否考慮重力(即隱含條件)。-27-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練2.(多選)(2020·山西呂梁一模)如圖所示,M、N為兩個(gè)等大的均勻帶電圓環(huán),其圓心分別為A、C,電荷量分別為+Q、-Q,將它們平行放置,A、C連線垂直于圓環(huán)平面,B為AC的中點(diǎn),現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為+q的微粒(重力不計(jì))從左方沿A、C連線方向射入,到A點(diǎn)時(shí)速度vA=1m/s,到B點(diǎn)時(shí)速度vB=m/s,則(

)A.微粒從B至C做加速運(yùn)動(dòng),且vC=3m/sB.微粒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的最終速度為m/sC.微粒從A到C先做加速運(yùn)動(dòng),后做減速運(yùn)動(dòng)D.微粒最終可能返回至B點(diǎn),其速度大小為m/sAB-28-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三

-29-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)(師生共研)1.如圖所示,含有大量He的粒子流無初速度從某一加速電場加速,然后沿平行金屬板中心線上的O點(diǎn)進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場,最后打在熒光屏上。下列有關(guān)熒光屏上亮點(diǎn)分布的判斷是否正確。(3)出現(xiàn)兩個(gè)亮點(diǎn)。

(×

)(4)只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。

(√)-30-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.帶電粒子由靜止加速后垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)-31-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三3.兩個(gè)結(jié)論(1)不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場射出時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度總是相同的。(2)粒子經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后,末速度的反向延長線與初速度延長線的交點(diǎn)O為粒子水平位移的中點(diǎn),即O到電場邊緣的距離為

。4.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)的功能關(guān)系當(dāng)討論帶電粒子的末速度v時(shí)也可以從能量的角度進(jìn)行求-32-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例5如圖所示,一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電粒子以初速度v0由P點(diǎn)射入勻強(qiáng)電場,入射方向與電場線垂直。粒子從Q點(diǎn)射出電場時(shí),其速度方向與電場線成30°角。已知?jiǎng)驈?qiáng)電場的寬度為d,不計(jì)重力作用。則勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E大小是(

)B-33-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三解析：帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場中,做類平拋運(yùn)動(dòng),平行于電場線方向做勻加速運(yùn)動(dòng),垂直于電場線方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)。由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和幾何知識(shí)得,粒子在Q點(diǎn)豎直方向的分速度為vy=v0cot

30°=-34-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三又U=Ey-35-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例6(2016·北京海淀區(qū)期末)如圖所示的裝置放置在真空中,熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子,金屬絲和豎直金屬板之間加一電壓U1=2500V,發(fā)射出的電子被加速后,從金屬板上的小孔S射出。裝置右側(cè)有兩個(gè)相同的平行金屬極板水平正對(duì)放置,板長l=6.0cm,相距d=2cm,兩極板間加以電壓U2=200V的偏轉(zhuǎn)電場。從小孔S射出的電子恰能沿平行于板面的方向由極板左端中間位置射入偏轉(zhuǎn)電場。已知電子的電荷量e=1.6×10-19C,電子的質(zhì)量m=0.9×10-30kg,設(shè)電子剛離開金屬絲時(shí)的速度為零,忽略金屬極板邊緣對(duì)電場的影響,不計(jì)電子受到的重力。求:-36-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三(1)電子射入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的動(dòng)能Ek。(2)電子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)在豎直方向上的側(cè)移量y。(3)電子在偏轉(zhuǎn)電場運(yùn)動(dòng)的過程中電場力對(duì)它所做的功W。解析：

(1)電子在加速電場中,根據(jù)動(dòng)能定理有eU1=Ek解得Ek=4.0×10-16

J。(2)設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,電子在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng),由l=v1t電子在豎直方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)其加速度為a,-37-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三電子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)在豎直方向上的側(cè)移量

解得y=0.36

cm。(3)電子射出偏轉(zhuǎn)電場的位置與射入偏轉(zhuǎn)電場位置的電勢差電場力所做的功W=eU解得W=5.76×10-18

J。答案：

(1)4.0×10-16J

(2)0.36cm(3)5.76×10-18J-38-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三方法歸納帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)問題的兩種求解思路(1)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn):①運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)是指用勻變速運(yùn)動(dòng)的公式來解決實(shí)際問題,一般有兩種情況:a.帶電粒子初速度方向與電場線共線,在勻強(qiáng)電場中粒子做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。b.帶電粒子的初速度方向垂直電場線,在勻強(qiáng)電場中粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))。②當(dāng)帶電粒子在電場中做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),一般要采取類似平拋運(yùn)動(dòng)的解決方法。-39-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三(2)功能觀點(diǎn):首先對(duì)帶電粒子受力分析,再分析運(yùn)動(dòng)形式,然后根據(jù)具體情況選用公式計(jì)算。①若選用動(dòng)能定理,則要分