《2020屆高考物理一輪 專題18 電容器 帶電粒子在電場中的運動學(xué)案 新課標(biāo)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020屆高考物理一輪 專題18 電容器 帶電粒子在電場中的運動學(xué)案 新課標(biāo)（23頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2020屆高三新課標(biāo)物理一輪原創(chuàng)精品學(xué)案 專題18 電容器 帶電粒子在電場中的運動 課時安排：3課時 教學(xué)目標(biāo)：1．理解電容器的電容，掌握平行板電容器的電容的決定因素 2．熟練應(yīng)所學(xué)電場知識分析解決帶電粒子在勻強電場中的運動問題． 3．掌握示波管工作原理． 4．運用靜電場的有關(guān)概念和規(guī)律解決物理問題 本講重點：1．電容器的電容，平行板電容器的電容的決定因素 2．帶電粒子在勻強電場中的運動 本講難點：電容器的電容 考點點撥：1．對電容的理解 2．平行板電容器電容的決定因素 3．電容器的動態(tài)分析 4．電容器與恒定電流相聯(lián)系 5．帶電粒子在電場中的平衡問題 6．帶電

2、粒子（或帶電體）在電場中的加速問題 7．帶電粒子（或帶電體）在電場中的偏轉(zhuǎn)問題 8．帶電粒子（或帶電體）在電場中運動的綜合問題 第一課時 （3）帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 如圖所示，質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長為L版間距離為d的平行版電容器間，兩板間電壓為 U，求射出時的偏移、偏轉(zhuǎn)角． U L d v0 m，q y vt θ θ ①側(cè)移：__________________千萬不要死記公式，要清楚物理過程，根據(jù)不同的已知條件，結(jié)論改用不同的表達(dá)形式（已知初速度、初動能、或加速電壓等）． ②偏轉(zhuǎn)角：__________________注意

3、穿出時刻的末速度的反向延長線與初速度方向交于中點位置，以上結(jié)論適用于帶電粒子能從勻強磁場中穿出的情況．如果帶電粒子沒有從電場中穿出，此時水平位移不再等于板長L，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行分析． （二）重難點闡釋 5．帶電微粒在電場和重力場的復(fù)合場中的運動 一般提到的帶電粒子由于重力遠(yuǎn)小于它在電場中受到的電場力，所以其重力往往忽略不計，但當(dāng)帶電體（或微粒）的重力跟電場力大小相差不大時，就不能忽略重力的作用了，這樣的帶電微粒在電場中可能處于靜止，也可能做直線運動或曲線運動． 處理此類問題的基本思路，一是電場力當(dāng)作力學(xué)中的一個力看待，然后按研究力學(xué)問題的基本方法，從力和運動或能量轉(zhuǎn)換兩條途徑展開；二是把

4、該物體看作處于電場和重力場同時存在的復(fù)合場中，對于這兩種不同性質(zhì)的場，同樣可以用場強疊加原理處理． 二、高考要點精析 （一）對電容的理解 ☆考點點撥 電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量．由電容器本身的介質(zhì)特性與幾何尺寸決定，與電容器是否帶電，帶電量的多少、板間電勢差的大小等均無關(guān)． 【例1】對電容C=Q/U，以下說法正確的是：　 A．電容器充電量越大，電容增加越大 B．電容器的電容跟它兩極所加電壓成反比 C．電容器的電容越大，所帶電量就越多 D．對于確定的電容器，它所充的電量跟它兩極板間所加電壓的比值保持不變 解析：電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，與電容器是否帶電，

5、帶電量的多少、板間電勢差的大小等均無關(guān)．故D正確． 答案：D ☆考點精煉 1．某一電容器標(biāo)注的是：“300V，5μF”，則下述說法正確的是 （ ） A．該電容器可在300V以下電壓正常工作 B．該電容器只能在300V電壓時正常工作 C．電壓是200V時，電容仍是5μF D．使用時只需考慮工作電壓，不必考慮電容器的引出線與電源的哪個極相連 （二）平行板電容器電容的決定因素 ☆考點點撥 平行板電容器的電容與板間距離d成反比，與兩半正對面積S成正比，與板間介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，其決定式是： ☆考點精煉 金屬芯線 導(dǎo)電液體 電介質(zhì) h 2．1999年7月12日

6、日本原子能公司所屬敦賀灣核電站由于水管破裂導(dǎo)致高輻射冷卻劑外流，在檢測此次重大事故中應(yīng)用了非電量變化（冷卻劑 外泄使管中液面變化）轉(zhuǎn)移為電信號的自動化測量技術(shù).圖是一種通過檢測電容器電容的變化來檢測液面高低的儀器原理圖，容器中裝有導(dǎo)電液體，是電容器的一個電極，中間的芯柱是電容器的另一個電極，芯柱外面套有絕緣管（塑料或橡皮）作為電介質(zhì)，電容器的兩個電極分別用導(dǎo)線接在指示器上，指示器上顯示的是電容的大小，但從電容的大小就可知容器中液面位置的高低，為此，以下說法中正確的是 A．如果指示器顯示出電容增大了，則兩電極正對面積增大，必液面升高 B．如果指示器顯示電容減小了，則兩電極正對面積增大，必液面

7、升高 C．如果指示器顯示出電容增大了，則兩電極正對面積減小，液面必降低 D．如果指示器顯示出電容減小了，則兩電極正對面積增大，液面必降低 （三）電容器的動態(tài)分析 ☆考點點撥 平行板電容器動態(tài)分析這類問題的關(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．哪些是因變量，同時注意理解平行板電容器演示實驗現(xiàn)象的實質(zhì)，一般分兩種基本情況：一是電容器兩極板的電勢差U保持不變（與電源連接）；二是電容器的帶電量Q保持不變（與電源斷開） 電容器和電源連接如圖，改變板間距離、改變正對面積或改變板間電解質(zhì)材料，都會改變其電容，從而可能引起電容器兩板間電場的變化．這里一定要分清兩種常見的變化：

8、 K （1）電鍵K保持閉合，則電容器兩端的電壓恒定（等于電源電動勢），這種情況下帶電量而 （2）充電后斷開K，保持電容器帶電量Q恒定，這種情況下 【例4】一平行板電容器充電后與電源斷開，負(fù)極板接地，在兩極板間有一正電荷（電量很?。┕潭ㄔ赑點，如圖所示，以E表示兩極板間的場強，U表示電容器的電壓，W表示正電荷在P點的電勢能．若保持負(fù)極板不動，將正極板移到圖中虛線所示的位置，則（　?。? A．U變小，E不變 P ＋ － B．E變大，W變大 C．U變小，W不變 D．U不變，W不變 解析：當(dāng)平行板電容器充電后與電源斷開時，對有關(guān)物理量變化的討論，要注意板間場強的一個特點： ，即對

9、于介質(zhì)介電常數(shù)為ε的平行板電容器而言，兩極間場強只與極板上單位面積的帶電量成正比． 帶電量Q不變，兩極間場強E保持不變，由于板間d距離減小，據(jù)可知，電容器的電壓變?。捎趫鰪奅保持不變，因此，P點與接地的負(fù)極板即與地的電勢差保持不變，即點P的電勢保持不變，因此電荷在P點的電勢能W保持不變．所以本題應(yīng)選AC． 答案：AC 第二課時 （四）電容器與恒定電流相聯(lián)系 ☆考點點撥 在直流電路中，電容器的充電過程非常短暫，除充電瞬間以外，電容器都可以視為斷路．應(yīng)該理解的是：電容器與哪部分電路并聯(lián)，電容器兩端的電壓就必然與哪部分電路兩端電壓相等． 解析：開關(guān)斷開時，電容、兩

10、端電壓相等，均為E，因為，由知，即，所以①正確；當(dāng)開關(guān)K接通時，與串聯(lián)，通過R1和R2的電流相等，與并聯(lián)，與并聯(lián)，故的電壓為，的電壓為又，又，，所以即兩電容的電量相等；所以正確選項應(yīng)為A． 答案：A （五）帶電粒子（或帶電體）在電場中的平衡問題 ☆考點點撥 在歷年高考試題中，常常是電場知識與力學(xué)知識聯(lián)系起來考查．解答這一類題目的關(guān)鍵還是在力學(xué)上．當(dāng)帶電體在電場中處于平衡狀態(tài)時，只要在對物體進(jìn)行受力分析時，注意分析帶電體所受的電場力，再應(yīng)用平衡條件即可求解． ☆考點精煉 6．質(zhì)量為m的帶正電小球A懸掛在絕緣細(xì)線上，且處在場強為E的勻強電場中，當(dāng)小球A靜止時，細(xì)線與豎直方向成30°

11、角，已知此電場方向恰使小球受到的電場力最小，則小球所帶的電量應(yīng)為 A． B． C． D． （六）帶電粒子（或帶電體）在電場中的加速問題 ☆考點點撥 對于此類問題，首先對物體受力分析，進(jìn)而分析物體的運動情況（加速或減速，是直線還是曲線運動等），常常用能量的觀點求解． （1）若選用動能定理，則要分清有多少個力做功，是恒力功還是變力功，以及初態(tài)和末態(tài)的動能增量． （2）若選用能量守恒定律，則要分清有多少種形式的能在轉(zhuǎn)化，哪種能量是增加的，那種能量是減少的． ☆考點精煉 7．如圖所示，兩平行金屬板豎直放置，左極板接地，中間有小孔．右極板電勢隨時間變化的規(guī)律

12、如圖所示．電子原來靜止在左極板小孔處．（不計重力作用）下列說法中正確的是 -U0 U0 O T 2T t φ A．從t=0時刻釋放電子，電子將始終向右運動，直到打到右極板上 B．從t=0時刻釋放電子，電子可能在兩板間往復(fù)運動 C．從t=T/4時刻釋放電子，電子可能在兩板間振動，也可能打到右極板上 D．從t=3T/8時刻釋放電子，電子必將打到左極板上 第三課時 （七）帶電粒子（或帶電體）在電場中的偏轉(zhuǎn)問題 ☆考點點撥 U L d v0 m，q y vt θ θ 如圖所示，質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長

13、L板間距離為d的平行板電容器間，兩板間電壓為U，求射出時的側(cè)移、偏轉(zhuǎn)角和動能增量等． 解題方法：分解為兩個獨立的分運動：平行極板的勻速運動（運動時間由此分運動決定），垂直極板的勻加速直線運動，，，．偏角：，推論：． 穿越電場過程的動能增量：ΔEK=qEy （注意，一般來說不等于qU） ☆考點精煉 （八）帶電粒子（或帶電體）在電場中運動的綜合問題 ☆考點點撥 當(dāng)帶電體的重力和電場力大小可以相比時，不能再將重力忽略不計．這時研究對象經(jīng)常被稱為“帶電微?！?、“帶電塵?！?、“帶電小球”等等．這時的問題實際上變成一個力學(xué)問題，只是在考慮能量守恒的時候需要考

14、慮到電勢能的變化． - + O C 【例9】 已知如圖，水平放置的平行金屬板間有勻強電場．一根長l的絕緣細(xì)繩一端固定在O點，另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球．小球原來靜止在C點．當(dāng)給小球一個水平?jīng)_量后，它可以在豎直面內(nèi)繞O點做勻速圓周運動．若將兩板間的電壓增大為原來的3倍，求：要使小球從C點開始在豎直面內(nèi)繞O點做圓周運動，至少要給小球多大的水平?jīng)_量？在這種情況下，在小球運動過程中細(xì)繩所受的最大拉力是多大？ 考點精煉參考答案 1.AC 2．A （該儀器類似于平行板電容器，且芯柱進(jìn)入液體深度h越大，相當(dāng)于兩平行板的正對面積越大，電容越大．） 3．①選B，②選C． 4．減小

15、，增大，減小 7．AC 解析：從t=0時刻釋放電子，如果兩板間距離足夠大，電子將向右先勻加速T/2，接著勻減速T/2，速度減小到零后，又開始向右勻加速T/2，接著勻減速T/2……直到打在右極板上．電子不可能向左運動；如果兩板間距離不夠大，電子也始終向右運動，直到打到右極板上．從t=T/4時刻釋放電子，如果兩板間距離足夠大，電子將向右先勻加速T/4，接著勻減速T/4，速度減小到零后，改為向左先勻加速T/4，接著勻減速T/4．即在兩板間振動；如果兩板間距離不夠大，則電子在第一次向右運動過程中就有可能打在右極板上．從t=3T/8時刻釋放電子，如果兩板間距離不夠大，電子將在第一次向右運動過程中就打在

16、右極板上；如果第一次向右運動沒有打在右極板上，那就一定會在第一次向左運動過程中打在左極板上． 三、考點落實訓(xùn)練 1．對于給定的電容器，描述其電容C、電量Q、電壓U之間相應(yīng)關(guān)系的圖應(yīng)是圖1中的 （ ） G + - 4．傳感器是一種采集信息的重要器件．如圖所示為測定壓力的電容式傳感器，A為固定電極，B為可動電極，組成一個電容大小可變的電容器．可動電極兩端固定，當(dāng)待測壓力施加在可動電極上時，可動電極發(fā)生形變，從而改變了電容器的電容．現(xiàn)將此電容式傳感器與零刻度在中央的靈敏電流計和電源串聯(lián)成閉合電路，已知電流從電流計正接線柱流入

17、時指針向右偏轉(zhuǎn)．當(dāng)待測壓力增大時（ ） A．電容器的電容將減小 B．電容器的帶電量將增大 C．靈敏電流計指針向左偏轉(zhuǎn) D．靈敏電流計指針向右偏轉(zhuǎn) 5．如圖所示，讓平行板電容器帶電后，靜電計的指針偏轉(zhuǎn)一定角度，若不改變兩極板帶的電量而減小兩極板間的距離，同時在兩極板間插入電介質(zhì)，那么靜電計指針的偏轉(zhuǎn)角度（ ） A、一定減小 B、一定增大 C、一定不變 D、可能不變 9．某物理工作者設(shè)計了一個測量電場強度的實驗，用已知的質(zhì)量為、電量為的粒子，令其垂直電場方向進(jìn)入一區(qū)域為矩形的電場，如圖所示，電場方向與平行且豎直向上，粒子第

18、一次是在靠近矩形的下邊進(jìn)入的，而恰好從b點飛出．然后，保持電場大小不變，讓方向變得相反，再令粒子以同樣的速度從靠近上邊垂直進(jìn)入電場，則正好從下邊的中點處飛出．試根據(jù)以上信息求出電場強度． 11．在方向水平的勻強電場中，絕緣細(xì)線的一端連著一個質(zhì)量為m的帶電小球，另一端懸掛于O點．將小球拿到A點（此時細(xì)線與電場方向平行）無初速釋放，已知小球擺到B點時速度為零，此時細(xì)線與豎直方向的夾角為θ=30°，求： （1）小球的平衡位置． （2）小球經(jīng)過平衡位置時細(xì)線對小球的拉力．

19、 考點落實訓(xùn)練參考答案 1． B 2．BCD 3．B（洛倫茲力不做功，電場力做功大小相等，由動能定理得，，，可得B正確．） 9．解：設(shè)矩形區(qū)域的長為，寬為，場強為． 粒子第一次飛入電場，水平方向有： ① （2分） 豎直方向有： ② （2分） 粒子在豎直方向受到方向相反的重力和電場力作用，由牛頓第二定律得 ③ （2分） 粒子第二次飛入電場，水平方向有： ④ （2分） 豎直方向有： ⑤ （2分） 粒子在豎直方向受到同方向的重力和電場力作用，由牛頓第二定律得： ⑥ （2分） 由以上各式聯(lián)立求解得： （2分） 12．（1）設(shè)電子經(jīng)電壓U1加速后的速度為v0，根據(jù)動能定理得： e U1= 解得： 13．第3 s內(nèi)所加電場方向指向第三象限，與x軸與225°角；小球速度變?yōu)榱愕奈恢? （0.40 m，0.20 m）.小球在第1 s內(nèi)沿x軸正方向做勻加速直線運動；第2 s內(nèi)沿x軸正方向做勻速運動，沿y軸正方向做初速度為零的勻加速運動；第3 s內(nèi)做勻減速直線運動，至速度減小到零