（名师导学）2020版高考物理总复习 第七章 第3节 电容器 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版

第3节电容器带电粒子在电场中的运动考点1静电平衡和平行板电容器1．静电平衡(1)概念：导体中(包括表面)没有电荷的__________的状态．(2)特点①导体内部电场强度__________②导体为等势体，导体表面为________③导体表面电场强度与表面___④净电荷分布在______2．静电现象的应用(1)静电屏蔽：处于静电平衡的空腔导体，腔外电场对____________不产生影响．定向移动处处为零等势面垂直外表面腔内空间(2)尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的________的现象．3．电容器(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．电荷中和绝缘靠近绝对值异种电荷电场能电场能4．电容(1)定义：电容器所带的_____________与电容器两极板间的_____________的比值．(2)定义式：C＝____．(3)物理意义：表示电容器_________本领的物理量．(4)单位：法拉(F)1F＝____μF＝1012pF(5)决定因素：一个电容器电容的大小是由电容器______决定的，与电容器是否带电、_____________及________________无关．5．平行板电容器(1)决定电容大小的因素：平行板电容器的电容与两极板的__________成正比，与介质的____________成正比，与________________成反比．QU电荷量Q电势差U容纳电荷106结构带电量的多少两极板间的电势差正对面积S介电常数εr两极板的距离d(2)决定式：C＝_________，k为静电力常量．6．对电容器两个公式的理解(1)公式C＝QU＝ΔQΔU是电容的定义式，对_______电容器都适用．对一个确定的电容器，其电容已确定，不会随其__________的改变而改变．(2)公式____________是_________的决定式，只对________________适用．εrS4πkd任何电荷量C＝εrS4πkd电容平行板电容器例1一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图所示．容器内表面为等势面，A、B为容器内表面上的两点，下列说法正确的是()A．A点的电场强度比B点的大B．小球表面的电势比容器内表面的低C．B点的电场强度方向与该处内表面垂直D．将检验电荷从A点沿不同路径移到B点，电场力所做的功不同【解析】依据电场线越疏，电场强度越弱，而电场线越密，则电场强度越强，由图可知，则A点的电场强度比B点的小，故A错误；根据沿着电场线方向电势是降低的，可知，小球表面的电势比容器内表面的高，故B错误；因容器内表面为等势面，且电场线总垂直于等势面，因此B点的电场强度方向与该处内表面垂直，故C正确；因A、B在同一等势面上，将检验电荷从A点沿不同路径移到B点，电场力所做的功相同，均为零，故D错误；故选C.【答案】C例2如图所示电路中，A、B是构成平行板电容器的两金属极板，P为其中的一个定点．将开关S闭合，电路稳定后将A板向上平移一小段距离，则下列说法正确的是()A．电容器的电容增加B．在A板上移过程中，电阻R中有向上的电流C．A、B两板间的电场强度增大D．P点电势升高【解析】根据C＝εrS4πkd，当A板向上平移一小段距离，间距d增大，其他条件不变，则导致电容变小，故A错误；在A板上移过程中，导致电容减小，由于极板电压不变，那么电量减小，因此电容器处于放电状态，电阻R中有向上的电流，故B正确；根据E＝Ud，由于U不变，d增大，故电场强度变小，故C错误；因电场强度变小，导致P点与B板的电势差减小，因B板接地，电势为零，即P点电势降低，故D错误．【答案】B【小结】1.运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路．(1)确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变．(2)用决定式C＝εrS4πkd分析平行板电容器电容的变化．(3)用定义式C＝QU分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化．(4)由E＝Ud(常用于U不变时)或E∝QεrS(常用于Q不变时)分析场强的变化．(因为E＝Ud＝QCd＝4πkQεrS，所以E∝QεrS)(5)由F＝qE分析电场中的点电荷受力变化，进一步分析其运动状态．(6)选定某一极板为电势零点，用φ＝±Ed′计算场中某点的电势以及判断其变化，其中d′为该点到零电势极板的垂直距离，当该点垂直指向零电势极板的方向与电场方向相同时取“＋”，反之取“－”．进一步判断场中任意两点间的电势差Uab＝φa－φb，由Ep＝qφ确定点电荷q在该点的电势能Ep的变化，此时要注意Ep、q和φ都有正负之分．2．平行板电容器的动态分析问题的两种情况归纳：3．平行板电容器问题的一个常用结论：电容器充电后断开电源，在电容器所带电荷量保持不变的情况下，电场强度与极板间的距离无关．1．(多选)如图所示，平行板电容器两极板水平放置，现将其与二极管串联接在电动势为E的直流电源上，电容器下极板接地，静电计所带电量可忽略，二极管具有单向导电性．闭合开关S，一带电油滴恰好静止于两板间的P点，现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则下列说法正确的是()A．平行板电容器的电容将变大B．静电计指针张角变小C．带电油滴的电势能将减少D．油滴仍将保持静止CD【解析】根据C＝εrS4πkd知，d增大，则电容减小，故A错误；静电计测量的是电容器两端的电势差，因为电容器电容减小，则电容器要放电，但是由于二极管的单向导电性，导致电容器电量不变，故根据Q＝CU可知，U变大，所以静电计指针张角变大，故B错误；因电容器电量不变，则当d增大时，根据E＝Ud＝QCd＝4πkQεrS，电场强度不变，P点与下极板的电势差变大，则P点的电势升高，因为该电荷为负电荷，则电势能减小，故C正确；因电场强度不变，则油滴所受电场力不变，油滴仍将保持静止，故D正确．2．如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置．闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动．如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是()A．增大R1的阻值B．增大R2的阻值C．增大两板间的距离D．断开开关SB【解析】由闭合电路欧姆定律可知，增大R1的阻值会使总电阻增大，总电流减小，R1两端电压增大，则电容器两板间电压增大，板间电场强度增大，油滴受电场力增大，油滴向上运动，选项A错误；电路稳定时R2中无电流，R2阻值变化对电路无任何影响，则选项B正确；只增大板间距离d，会使板间电场强度减小，油滴将向下运动，选项C错误；断开开关S，电容器放电，油滴将向下运动，选项D错误．考点2带电粒子在电场中的运动1．带电粒子在电场中运动时重力的处理①基本粒子：如电子、质子、离子等，除有说明或有明确暗示以外，一般可忽略不计．②带电颗粒：如尘埃、液滴、油滴、小球等，除有特殊说明或明确暗示以外，一般情况都不能忽略．③平衡问题一般要考虑重力．④根据题意进行分析，有些问题中隐含着忽略重力，或考虑重力后造成题目无法解答，这时也应忽略重力．2．带电粒子在电场中运动的几种情况(1)平衡①带电粒子在匀强电场中静止时，如果只受重力和电场力，则电场力的方向为__________；若带电粒子的质量为m，电场强度为E，则粒子的带电荷量为____，若粒子带负电，场强方向为__________，粒子带正电，场强方向为_____________．mgE竖直向上竖直向下竖直向上②带电粒子在匀强电场中做匀速直线运动，且只受重力和电场力，必有_________等于________；设匀强电场两极板电压为U，板间距离为d，带电粒子的电荷量为＋q，则电容器的_________带正电荷；带电粒子的质量为____．(2)加速①运动状态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______在同一直线上，做____________运动．Uqdg电场力重力下极板速度匀变速直线②两种分析方法用动力学观点分析：加速度a＝qUdm，v2－v20＝2ad用功能观点分析：粒子只受电场力作用，电场力做的功等于粒子动能的变化，故粒子动能变化量等于_______的变化量．适用于一切静电场qU＝12mv2－12mv20(式中U为加速电场的电势差)只适用匀强电场qEd＝12mv2－12mv20(式中d为沿电场线方向的位移)电势能(3)带电粒子在匀强电场中的偏转①初始条件：带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场．②运动性质：______________运动．③处理方法：类似于平抛运动，应用运动的_______的方法．沿初速度方向做_______运动.沿电场方向做___________运动.④运动规律：质量为m、带电量为q的带电粒子以初速度v0沿_________电场方向，进入长为l、间距为d、电压为U的两平行金属板间，在穿越电场时发生偏转(不计粒子重力)．匀变速曲线分解匀速直线匀加速直线垂直于加速度：a＝Fm＝qEm＝Uqmd运动时间：a.能飞出平行板电容器：t＝lv0b.打在平行极板上：y＝12at2＝12qUmdt2t＝2mdyqU离开电场时的偏移量：y＝12at2＝Uql22mdv20离开电场时的速度偏转角：tanθ＝vyv0＝Uqlmdv20例3有重力可忽略不计的三个带正电的粒子A、B、C，先后沿如图所示的虚线OO′方向从左侧中点水平进入平行板电容器中，并最终都能击中MN板．已知三个粒子质量之比mA∶mB∶mC＝1∶1∶2，三个粒子带电荷量之比为qA∶qB∶qC＝1∶2∶1，关于这三个粒子击中MN板的位置，下列说法正确的是()A．若A、B、C以相同的速度进入电容器，则最终A、B、C击中MN板上同一点B．若A、B、C以相同的动量进入电容器，则最终B、C击中MN板上同一点C．若A、B、C以相同的动能进入电容器，则最终A、B、C击中MN板上同一点D．若A、B、C以相同的动能进入电容器，则最终A、B击中MN板上同一点【解析】设某个粒子的入射速度大小为v0，平行板的长度为l.粒子垂直电场方向射入平行板后，粒子在平行板中做类平抛运动，由牛顿第二定律可知粒子的加速度大小为a＝qEm，由于粒子在水平方向上做匀速直线运动，则粒子在电场中的运动时间为t＝lv0，粒子的侧移量大小为y＝12at2＝qEl22mv20.若三个粒子以相同的速度进入电容器，则A、B、C三个粒子的侧移量之比为2∶4∶1，A错误；由y＝mqEl22m2v20＝mqEl22p2知，若三个粒子以相同的动量进入电容器，则三个粒子A、B、C的侧移量之比为1∶2∶2，最终B、C击中MN板上同一点，B正确；由y＝qEl24Ek可知，若三个粒子以相同的动能进入电容器，则三个粒子A、B、C的侧移之比为1∶2∶1，最终A、C击中MN板上同一点，C、D错误．【答案】B【小结】带电粒子在电场中偏转问题求解通法垂直射入匀强电场的带电粒子，在电场中只受电场力作用，与重力场中的平抛运动相类似，研究这类问题的基本方法是将运动分解，可分解成平行电场方向的匀加速直线运动和垂直电场方向的匀速直线运动．(1)解决带电粒子先加速后偏转模型的通法：加速电场中的运动一般运用动能定理qU＝12mv2进行计算；在偏转电场中的运动为类平抛运动，可利用运动的分解进行计算；进入偏转电场的初速度就是经过加速电场后的末速度．(2)计算粒子打到屏上的位置离屏中心的距离Y的四种方法：①Y＝y＋dtanθ(d为屏到偏转电场的水平距离)；②Y＝L2＋dtanθ(L为电场宽度)；③Y＝y＋vy·dv0；④根据三角形相似Yy＝L2＋dL2.例4如图在竖直放置的铅屏A的右表