高考物理一輪 專題18 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新課標(biāo)

1、2013年高三新課程標(biāo)準(zhǔn)物理圓原創(chuàng)優(yōu)秀學(xué)習(xí)項(xiàng)目課題18電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課程表：3課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1 .了解電容器的電容，掌握平行板電容器電容的決定因素。22.擅長(zhǎng)分析和解決帶電粒子在均勻電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。3.掌握示波器的工作原理。4.用靜電場(chǎng)的概念和定律來(lái)解決物理問(wèn)題本次講座的要點(diǎn)：1。電容器的電容，平行板電容器電容的決定性因素2.帶電粒子在均勻電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)這節(jié)課的難點(diǎn)：電容器的電容測(cè)試站點(diǎn)撥號(hào)：1。對(duì)電容的理解2.平行板電容器電容的決定因素3.電容器的動(dòng)態(tài)分析4.電容器與恒定電流相關(guān)聯(lián)5.電場(chǎng)中帶電粒子的平衡6.帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的加速度7.帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的

2、偏轉(zhuǎn)8.帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題第一節(jié)課(3)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)如圖所示，質(zhì)量為m、電荷為q的帶電粒子以平行于極板的初始速度v0注入長(zhǎng)度為l、極板間距離為d的平行極板電容器，兩極板間的電壓為u，計(jì)算注入過(guò)程中的偏移量和偏轉(zhuǎn)角。U L dv0m，qyvermont 美國(guó)佛蒙特州郵編區(qū)號(hào)橫向移位：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

3、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _偏轉(zhuǎn)角：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

4、 _ _(2)困難和困難的解釋5.帶電粒子在電場(chǎng)和重力場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一般來(lái)說(shuō)，帶電粒子的重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力，所以它的重力經(jīng)常被忽略。然而，當(dāng)帶電體(或粒子)的重力與電場(chǎng)力相差不大時(shí)，重力的影響就不能忽略。這種帶電粒子可以在電場(chǎng)中靜止，也可以直線或曲線運(yùn)動(dòng)。處理這類問(wèn)題的基本思路是：首先，電場(chǎng)力被視為力學(xué)中的一種力，然后根據(jù)研究力學(xué)問(wèn)題的基本方法，它從兩種途徑發(fā)展而來(lái)：力與運(yùn)動(dòng)或能量的轉(zhuǎn)換；其次，物體被認(rèn)為是電場(chǎng)和重力場(chǎng)同時(shí)存在的復(fù)合場(chǎng)。對(duì)于這兩個(gè)具有不同性質(zhì)的場(chǎng)，也可以使用場(chǎng)強(qiáng)疊加原理。二、高考分?jǐn)?shù)(一)對(duì)電容的理解拷點(diǎn)點(diǎn)盤電容是一個(gè)物理量，它表示電容器保持電荷的能力，由電容

5、器本身的介電特性和幾何尺寸決定，與電容器是否充電、充電電量和極板間的電位差無(wú)關(guān)。示例1對(duì)于電容器C=Q/U，以下陳述是正確的：A.電容充電越多，電容增加越多B.電容器的電容與其電極上的電壓成反比C.電容器的電容越大，攜帶的電就越多D.對(duì)于一個(gè)特定的電容器來(lái)說(shuō)，它的兩個(gè)極板之間的電壓與充電量的比值保持不變分析：電容是一個(gè)物理量，表示電容器保持電荷的能力，與電容器是否充電、充電電量、極板間的電位差等無(wú)關(guān)。因此，D是正確的。答：d .測(cè)試中心優(yōu)化1.如果電容器標(biāo)記為“300伏，5F”，以下陳述是正確的()A.電容器可以在低于300伏的電壓下正常工作B.電容器只能在300伏電壓下正常工作C.當(dāng)電壓為2

6、00伏時(shí)，電容仍為5 FD.使用時(shí)，只需考慮工作電壓，無(wú)需考慮電源的哪一極連接到電容的引出線。(二)平行板電容器電容的決定因素拷點(diǎn)點(diǎn)盤平行板電容器的電容直接與板之間的距離成反比2.1999年7月12日，日本原子能公司下屬的津川核電站因水管破裂導(dǎo)致高輻射冷卻劑外流。在檢測(cè)這一重大事故時(shí)，應(yīng)用了將非電量變化(冷卻劑泄漏使管道中的液位變化)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的自動(dòng)測(cè)量技術(shù)。圖為通過(guò)檢測(cè)電容變化來(lái)檢測(cè)液位的儀器示意圖。該容器填充有導(dǎo)電液體，導(dǎo)電液體是電容器的電極。中間桿是電容器的另一個(gè)電極，絕緣管(塑料或橡膠)套在桿外作為電介質(zhì)。電容器的兩個(gè)電極分別用導(dǎo)線連接到指示器。指示器顯示電容，但容器中的液位可以從電

7、容中得知。因此，下面的說(shuō)法是正確的。A.如果指示器顯示電容增加，兩個(gè)電極的面對(duì)面積將增加，液位將上升B.如果指示器顯示電容減小，兩個(gè)電極的面對(duì)面積增加，液位上升C.如果指示器顯示電容增加，則兩個(gè)電極的面對(duì)面積減小，液位將降低D.如果指示器顯示電容減小，兩個(gè)電極的面對(duì)面積增加，液位將降低(三)電容器的動(dòng)態(tài)分析拷點(diǎn)點(diǎn)盤平行板電容器動(dòng)態(tài)分析的關(guān)鍵是找出哪些變量是，哪些是不變的，哪些是自變量，哪些是因變量。同時(shí)，注意理解平行板電容器演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，一般分為兩種基本情況：一是電容器兩板之間的電位差U保持不變(接通電源)；第二，電容器的電荷Q保持不變(與電源斷開)電容器和電源之間的連接如圖所示。改變極

8、板之間的距離、改變面對(duì)面積或改變極板之間的電解質(zhì)材料將改變其電容，這可能導(dǎo)致電容器的兩個(gè)極板之間的電場(chǎng)變化。在這里，我們必須區(qū)分兩種常見的變化：K(1)當(dāng)鑰匙k保持閉合時(shí)，電容器兩端的電壓是恒定的(等于電源的電動(dòng)勢(shì))，在這種情況下，電源被充電(2)充電后，斷開K并保持電容器電荷Q恒定。在這種情況下，示例4充電后，平行板電容器與電源斷開，負(fù)極板接地。兩個(gè)極板之間的點(diǎn)P上固定有正電荷(少量的電)。如圖所示，E代表兩個(gè)極板之間的場(chǎng)強(qiáng)，U代表電容器的電壓，W代表點(diǎn)p處正電荷的勢(shì)能。如果負(fù)極板保持靜止，正極板移動(dòng)到圖中虛線所示的位置，則()A.u變小，E保持不變P+-B.東變大，西變大C.u變小，W保持

9、不變D.u不變，W不變分析：當(dāng)平行板電容器充電后斷開電源時(shí)，在討論物理量的變化時(shí)，應(yīng)注意板間場(chǎng)強(qiáng)的一個(gè)特點(diǎn)：即對(duì)于介電常數(shù)為的平行板電容器，兩電極間的場(chǎng)強(qiáng)只與板上單位面積的電荷量成正比。在電荷q不變的情況下，兩極之間的場(chǎng)強(qiáng)e保持不變。隨著板之間的距離d減小，可以看出電容器的電壓變小。因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)e保持不變，點(diǎn)p和接地負(fù)極板之間的電勢(shì)差，即點(diǎn)p的電勢(shì)保持不變，所以點(diǎn)p處電荷的勢(shì)能w保持不變。因此，本主題應(yīng)選擇空調(diào)。答：空調(diào)第二節(jié)課時(shí)間(4)電容器接恒流拷點(diǎn)點(diǎn)盤在DC電路中，電容器的充電過(guò)程非常短，除了充電瞬間，所有電容器都可以視為開路。應(yīng)當(dāng)理解，電容器兩端的電壓必須等于電容器并聯(lián)連接的電路兩端的電壓

10、。分析：當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，兩端的電容和電壓相等，兩者都是在去年的高考試題中，電場(chǎng)知識(shí)往往與力學(xué)知識(shí)聯(lián)系在一起。解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵在于力學(xué)。當(dāng)帶電體在電場(chǎng)中處于平衡狀態(tài)時(shí)，在分析物體受力時(shí)，應(yīng)注意分析帶電體上的電場(chǎng)力，然后應(yīng)用平衡條件求解。測(cè)試中心優(yōu)化6.質(zhì)量為m的帶正電的球體A懸掛在絕緣細(xì)線上，處于電場(chǎng)強(qiáng)度為e的均勻電場(chǎng)中。當(dāng)球體A靜止時(shí)，細(xì)線與垂直方向成30角。眾所周知，這個(gè)電場(chǎng)方向只是使作用在球上的電場(chǎng)力最小，所以球的電量應(yīng)該是A.B.C.D.(6)帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的加速拷點(diǎn)點(diǎn)盤對(duì)于這類問(wèn)題，首先分析物體的受力，然后分析物體的運(yùn)動(dòng)(加速或減速、直線或曲線運(yùn)動(dòng)等)。)進(jìn)行分析，這通常

11、從能量的角度來(lái)解決。(1)如果選擇動(dòng)能定理，就必須區(qū)分做功的力有多少，是恒力做功還是變力做功，以及初始狀態(tài)和最終狀態(tài)的動(dòng)能增量。(2)如果我們選擇能量守恒定律，我們應(yīng)該區(qū)分有多少種形式的能量在轉(zhuǎn)換，哪種能量在增加，哪種能量在減少。測(cè)試中心優(yōu)化7.如圖所示，兩塊平行的金屬板垂直放置，左極板接地，中間有一個(gè)小孔。圖中顯示了右極板電位隨時(shí)間的變化規(guī)律。電子最初靜止在左極板的小孔里。(不包括重力)以下陳述是正確的-U0U0OT 2TtA.當(dāng)電子從t=0釋放時(shí)，它們總是向右移動(dòng)，直到碰到右邊的極板B.電子從時(shí)間t=0釋放，并且電子可以在兩個(gè)板之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)C.當(dāng)電子從t=T/4中釋放出來(lái)時(shí)，它們可能會(huì)在兩

12、個(gè)極板之間振動(dòng)或撞擊到右邊的極板當(dāng)電子在t=3T/8時(shí)釋放，它們將撞擊左極板第三節(jié)課(七)帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)拷點(diǎn)點(diǎn)盤U L dv0m，qyvermont 美國(guó)佛蒙特州郵編區(qū)號(hào)如圖所示，質(zhì)量為m、電荷為q的帶電粒子以平行于板的初始速度v0注入到長(zhǎng)l板間距離為d的平行板電容器中，兩板間的電壓為u，計(jì)算注入時(shí)的橫向位移、偏轉(zhuǎn)角和動(dòng)能增量。解決方案：將其分解為兩個(gè)獨(dú)立的子運(yùn)動(dòng)：平行極板的勻速運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)時(shí)間由該子運(yùn)動(dòng)決定)和垂直極板的勻速直線加速運(yùn)動(dòng)、偏離角度：推斷：穿過(guò)電場(chǎng)過(guò)程中的動(dòng)能增量：EK=qEy(注意，它通常不等于qu)測(cè)試中心優(yōu)化(八)帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)

13、題拷點(diǎn)點(diǎn)盤當(dāng)引力和帶電體的電場(chǎng)力的大小可以比較時(shí)，引力就不能再被忽略了。這時(shí)，研究對(duì)象通常被稱為“帶電粒子”、“帶電塵?！薄ⅰ皫щ娗颉钡?。這時(shí)，問(wèn)題實(shí)際上變成了一個(gè)力學(xué)問(wèn)題，但是在考慮能量守恒時(shí)需要考慮勢(shì)能的變化。-OC實(shí)施例9眾所周知，如圖所示，在水平放置的平行金屬板之間存在均勻的電場(chǎng)。一根長(zhǎng)的L形絕緣繩的一端固定在O點(diǎn)上，另一端是一個(gè)質(zhì)量為m、帶有一定電荷的小球。這個(gè)小球最初在C點(diǎn)是靜止的。當(dāng)小球受到水平?jīng)_量時(shí)，它可以在垂直面上繞著O點(diǎn)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。如果兩個(gè)極板之間的電壓增加三倍，要求小球從C點(diǎn)開始。在這種情況下，在球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，線的最大張力是多少？測(cè)試中心精煉參考答案1.交流電2.a(

14、該儀器類似于平行板電容器，芯柱進(jìn)入液體的深度h越大，兩個(gè)平行板的面對(duì)面積越大，電容越大。(3.選擇乙，選擇丙4.減少、增加和減少7.交流分析：電子從時(shí)間t=0開始釋放。如果兩個(gè)板之間的距離足夠大，電子將向右均勻加速T2，然后均勻減速T2。當(dāng)速度降低到零時(shí)，他們將向右均勻加速T/2，然后均勻減速t/2 直到他們碰到右邊的極板。電子不可能向左移動(dòng)。如果兩個(gè)極板之間的距離不夠大，電子將總是向右移動(dòng)，直到它們碰到右邊的極板。電子將在t=T/4時(shí)釋放。如果兩個(gè)板之間的距離足夠大，電子將向右均勻加速T/4，然后均勻減速T/4。當(dāng)速度降至零時(shí)，它們將向左均勻加速t/4，然后均勻減速T/4。如果兩個(gè)板之間的距

15、離不夠大，電子可能在第一次向右運(yùn)動(dòng)時(shí)撞擊右板，電子將從t=3T/8釋放。如果兩個(gè)板之間的距離不夠大，電子將在第一次向右運(yùn)動(dòng)時(shí)擊中右邊的板。如果第一次向右移動(dòng)沒有碰到右極板，那么在第一次向左移動(dòng)時(shí)，它肯定會(huì)碰到左極板。第三，測(cè)試中心實(shí)施培訓(xùn)1.對(duì)于給定的電容器，圖1中描述電容c、電量q和電壓u之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖應(yīng)為()。G-4.傳感器是收集信息的重要設(shè)備。如圖所示，它是一個(gè)用于測(cè)量壓力的電容式傳感器。a是固定電極，B是可移動(dòng)電極，形成可變電容的電容器?？梢苿?dòng)電極的兩端是固定的。當(dāng)要測(cè)量的壓力施加到可移動(dòng)電極時(shí)，可移動(dòng)電極變形，從而改變電容器的電容?，F(xiàn)在，這個(gè)電容傳感器與一個(gè)中間零刻度的靈敏檢流計(jì)和

16、一個(gè)電源串聯(lián)，形成一個(gè)閉合電路，當(dāng)電流流入檢流計(jì)的正端時(shí)，指針是已知的。A.電容器的電容將會(huì)降低B.電容器的充電容量將增加C.靈敏的檢流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)D.靈敏的檢流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)5.如圖所示，平行板電容器充電后，靜電計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)一定角度。如果在不改變兩個(gè)極板功率的情況下減小兩個(gè)極板之間的距離，并且在兩個(gè)極板之間插入電介質(zhì)，那么靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角為()甲，必須減少乙，必須增加丙，一定不要變丁，不得變9.一位物理學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)于已知質(zhì)量和電量的粒子，它們進(jìn)入垂直方向的矩形電場(chǎng)。如圖所示，電場(chǎng)方向平行且垂直向上。粒子第一次進(jìn)入矩形的下側(cè)附近，但只是從b點(diǎn)飛出。然后，保持電場(chǎng)不變，使方向相反，然后使粒子以相同的速度從上側(cè)附近垂直進(jìn)入電場(chǎng)。11.在水平方向的均勻電場(chǎng)中，絕緣細(xì)線的一端與質(zhì)量為m的帶電球相連，另一端掛在o點(diǎn)。當(dāng)球被帶到一個(gè)點(diǎn)(細(xì)線平行于電場(chǎng))時(shí)，沒有初始速度釋放，并且已知當(dāng)球被放置在b點(diǎn)時(shí)，球的速度為零，并且細(xì)線和垂直方向之間的角度為=30 ,因此：(1)球的平衡位置。(2)當(dāng)球通過(guò)平衡位置時(shí)，線對(duì)球的拉力。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施培訓(xùn)參考答案1.B2.BCD3.洛倫茲力不做功，電場(chǎng)力做功相等，從動(dòng)能定理來(lái)看，B是正確的。(9.解決方案：讓矩形區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度和場(chǎng)