高三物理二輪金牌學(xué)案-專(zhuān)項(xiàng)18電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)

1、2019 高三物理二輪金牌學(xué)案- 專(zhuān)項(xiàng) 18 電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)專(zhuān)題 18 電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)安排： 3 課時(shí)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(chǎng)知識(shí)分析解決帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題、3、掌握示波管工作原理、4、運(yùn)用靜電場(chǎng)的有關(guān)概念和規(guī)律解決物理問(wèn)題本講重點(diǎn)： 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(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)本講難點(diǎn)： 電容器的電容考點(diǎn)點(diǎn)撥： 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聯(lián)系5、帶電粒子在電場(chǎng)中的平衡問(wèn)題6、帶電粒子或帶電體在電場(chǎng)中

2、的加速問(wèn)題7、帶電粒子或帶電體在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題8、帶電粒子或帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題第一課時(shí)3帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)如下圖，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(zhǎng)為 l 版間距離為du，求射出時(shí)的偏移、偏轉(zhuǎn)角、的平行版電容器間，兩板間電壓為側(cè)移： _千萬(wàn)不要死記公式，要清楚物理過(guò)程，根據(jù)不同的條件，結(jié)論改用不同的表達(dá)形式初速度、初動(dòng)能、或加速電壓等 、偏轉(zhuǎn)角： _ 注意穿出時(shí)刻的末速度的反向延長(zhǎng)線與初速度方向交于中點(diǎn)位置，以上結(jié)論適用于帶電粒子能從勻強(qiáng)磁場(chǎng)中穿出的情況、如果帶電粒子沒(méi)有從電場(chǎng)中穿出，此時(shí)水平位移不再等于板長(zhǎng) l，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行分析、二重難點(diǎn)闡釋

3、5、帶電微粒在電場(chǎng)和重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)v0m，qyvt一般提到的帶電粒子由于重力遠(yuǎn)小于它在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力，所以其重力往往忽略不計(jì)，但當(dāng)帶電體 或微粒的重力跟電場(chǎng)力大小相差不大時(shí)，就不能忽略重力的作用了，這樣的帶電微粒在電場(chǎng)中可能處于靜止，也可能做直線運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng)、處理此類(lèi)問(wèn)題的基本思路，一是電場(chǎng)力當(dāng)作力學(xué)中的一個(gè)力看待，然后按研究力學(xué)問(wèn)題的基本方法， 從力和運(yùn)動(dòng)或能量轉(zhuǎn)換兩條途徑展開(kāi)；二是把該物體看作處于電場(chǎng)和重力場(chǎng)同時(shí)存在的復(fù)合場(chǎng)中，對(duì)于這兩種不同性質(zhì)的場(chǎng)，同樣可以用場(chǎng)強(qiáng)疊加原理處理、【二】高考要點(diǎn)精析一對(duì)電容的理解考點(diǎn)點(diǎn)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

4、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(shì)差的大小等均無(wú)關(guān)、【例 1】對(duì)電容c=q/u，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)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(duì)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， 帶電量的多少、 板間電勢(shì)差的大小等均無(wú)關(guān)、故 d 正確、答案： d考點(diǎn)精煉1、某一電容器標(biāo)注的是： “ 300v， 5 f”，那么下述說(shuō)法正確的選項(xiàng)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(shí)正

5、常工作c、電壓是200v 時(shí)，電容仍是5 fd、使用時(shí)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(gè)極相連二平行板電容器電容的決定因素考點(diǎn)點(diǎn)撥平行板電容器的電容與板間距離d 成反比， 與兩半正對(duì)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：sscd4 kd考點(diǎn)精煉2、1999 年 7 月 12 日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(cè)此次重大事故中應(yīng)用了非電量變金屬芯線電介質(zhì)導(dǎo)電液體化冷卻劑外泄使管中液面變化轉(zhuǎn)移為電信號(hào)的自動(dòng)化測(cè)量技術(shù).圖是一種通過(guò)檢測(cè)電容器電容的變化來(lái)檢測(cè)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(gè)電極，中間的芯柱

6、是電h容器的另一個(gè)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(gè)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(shuō)法中正確的選項(xiàng)是a、如果指示器顯示出電容增大了，那么兩電極正對(duì)面積增大，必液面升高b、如果指示器顯示電容減小了，那么兩電極正對(duì)面積增大，必液面升高c、如果指示器顯示出電容增大了，那么兩電極正對(duì)面積減小，液面必降低d、如果指示器顯示出電容減小了，那么兩電極正對(duì)面積增大，液面必降低三電容器的動(dòng)態(tài)分析考點(diǎn)點(diǎn)撥平行板電容器動(dòng)態(tài)分析這類(lèi)問(wèn)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

7、， 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)，一般分兩種基本情況：一是電容器兩極板的電勢(shì)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(kāi)電容器和電源連接如圖，改變板間距離、 改變正對(duì)面積或改變板間電解質(zhì)材料，都會(huì)改變其電容，從而可能引起電容器兩板間電場(chǎng)的變化、這里一定要分清兩種常見(jiàn)的變化：1電鍵 k保持閉合， 那么電容器兩端的電壓恒定等于電源電動(dòng)勢(shì) ，這種情況下帶電量而kq cu c，ss ， eu1c4 kdddd2充電后斷開(kāi) k，保持電容器帶電量q恒定，這種情況下cs ,ud , e1dss【例 4】一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi)，負(fù)極板接地，在兩極板間有一正電荷電量很小

8、固定在 p 點(diǎn)，如下圖，以 e表示兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)， u表示電容器的電壓， 表示正電荷在p點(diǎn)的電勢(shì)能、假設(shè)保持負(fù)極板不動(dòng)，將正w極板移到圖中虛線所示的位置，那么a、 u變小， e 不變pb、e變大，變大wc、 u變小， w不變d、u不變，不變w解析： 當(dāng)平行板電容器充電后與電源斷開(kāi)時(shí)，對(duì)有關(guān)物理量變化的討論，要注意板間場(chǎng)強(qiáng)的一個(gè)特點(diǎn)：uq4 k q ，即對(duì)于介質(zhì)介電常數(shù)為 的平行板電容器而言，兩ecdsd極間場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)e 保持不變，由于板間d 距離減小，據(jù) ued 可知，電容器的電壓 u 變小、由于場(chǎng)強(qiáng)e 保持不變，因此，p 點(diǎn)與接地的負(fù)極板

9、即與地的電勢(shì)差保持不變，即點(diǎn) p 的電勢(shì)保持不變，因此電荷在 p 點(diǎn)的電勢(shì)能 w保持不變、所以此題應(yīng)選 ac、答案： ac第二課時(shí)四電容器與恒定電流相聯(lián)系考點(diǎn)點(diǎn)撥在直流電路中， 電容器的充電過(guò)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電容、兩端電壓相等，均為，因?yàn)?，由知c1c2ec22c1qcuq22c12q1，即 q2q1，所以正確；當(dāng)開(kāi)關(guān)k 接通時(shí)， r1與 r2串聯(lián)，通過(guò) r1 和r2 的電流相等， c1與 r2并聯(lián)， c2與 r1并聯(lián)，故 c1的電壓為 ir2， c2的

10、電壓為 ir1又q1c1ir2， q2c2 ir1又 c22c1， r22r1，所以 q1q2即兩電容的電量相等；所以正確選項(xiàng)應(yīng)為a、答案： a五帶電粒子或帶電體在電場(chǎng)中的平衡問(wèn)題考點(diǎn)點(diǎn)撥在歷年高考試題中，常常是電場(chǎng)知識(shí)與力學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)考查、解答這一類(lèi)題目的關(guān)鍵還是在力學(xué)上、 當(dāng)帶電體在電場(chǎng)中處于平衡狀態(tài)時(shí)，只要在對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，注意分析帶電體所受的電場(chǎng)力，再應(yīng)用平衡條件即可求解、考點(diǎn)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(chǎng)強(qiáng)為 e 的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，當(dāng)小球 a 靜止時(shí)， 細(xì)線與豎直方向成 30角， 此電場(chǎng)方向恰使小球受到的電場(chǎng)力最小，那么小球所帶的電量應(yīng)為a、3mg

11、 b、3mg3eec、 2mg d、 mge2e六帶電粒子或帶電體在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題考點(diǎn)點(diǎn)撥對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題， 首先對(duì)物體受力分析，進(jìn)而分析物體的運(yùn)動(dòng)情況加速或減速，是直線還是曲線運(yùn)動(dòng)等，常常用能量的觀點(diǎn)求解、 1假設(shè)選用動(dòng)能定理，那么要分清有多少個(gè)力做功，是恒力功還是變力功，以及初態(tài)和末態(tài)的動(dòng)能增量、 2假設(shè)選用能量守恒定律，那么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(diǎn)精煉7、如下圖，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(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如下圖、電子原來(lái)靜止在左極板小孔處、 不計(jì)重力作用以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是a、從 t= 0 時(shí)刻釋放電子，電子將始

12、終向右運(yùn)動(dòng)，直到打到右極板上u0b、從 t= 0 時(shí)刻釋放電子，電子可能在兩板間往復(fù)運(yùn)動(dòng)otc、從 t=t/4 時(shí)刻釋放電子，電子可能在兩t2t-u0板間振動(dòng)，也可能打到右極板上d、從3/8 時(shí)刻釋放電子，電子必將打到左極板上t=t第三課時(shí)七帶電粒子或帶電體在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題考點(diǎn)點(diǎn)撥如下圖，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(zhǎng) l 板間距離為 d 的平行板電容器間， 兩板間電壓為u，v0m，qyvt求射出時(shí)的側(cè)移、偏轉(zhuǎn)角和動(dòng)能增量等、解題方法：分解為兩個(gè)獨(dú)立的分運(yùn)動(dòng)：平行極板的勻速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間由此分運(yùn)動(dòng)決定l v0 t，垂直極板的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，12，vyat，q

13、u 、偏角：tanyatamd2推論：l、y tan2穿越電場(chǎng)過(guò)程的動(dòng)能增量：ek=qey注意，一般來(lái)說(shuō)不等于qu考點(diǎn)精煉v yv0，八帶電粒子或帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題考點(diǎn)點(diǎn)撥當(dāng)帶電體的重力和電場(chǎng)力大小可以相比時(shí)，不能再將重力忽略不計(jì)、這時(shí)研究對(duì)象經(jīng)常被稱(chēng)為“帶電微?！?、“帶電塵?！?、“帶電小球”等等、這時(shí)的問(wèn)題實(shí)際上變成一個(gè)力學(xué)問(wèn)題，只是在考慮能量守恒的時(shí)候需要考慮到電勢(shì)能的變化、【例 9】如圖，水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場(chǎng)、一根長(zhǎng)l 的絕-緣細(xì)繩一端固定在o點(diǎn)，另一端系有質(zhì)量為 m并帶有一定電荷的小球、小球原來(lái)靜止在c點(diǎn)、當(dāng)給小球一個(gè)水平?jīng)_量后，它可以在豎直面內(nèi)繞 o點(diǎn)做勻速

14、圓周運(yùn)動(dòng)、 假設(shè)將兩板間的電壓增大為原來(lái)的3 倍，求：o要使小球從 c點(diǎn)開(kāi)始在豎直面內(nèi)繞 o點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，至少要給小球多c大的水平?jīng)_量？在這種情況下，在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)繩所受的最大拉+力是多大？考點(diǎn)精煉參考答案1.ac2、a該儀器類(lèi)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(duì)面積越大，電容越大、 3、選 b，選 c、4、減小，增大，減小7、 ac解析：從t= 0 刻 放 子，如果兩板 距離足 大， 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(kāi)始向右勻加速t/2 ，接著勻減速t/2 直到打在右極板上、 子不可能向左運(yùn) ；如果兩板 距離不 大， 子也始

15、 向右運(yùn) ，直到打到右極板上、從t=t/4 刻 放 子， 如果兩板 距離足 大， 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 向左先勻加速t/4 ，接著勻減速t/4 、即在兩板 振 ；如果兩板 距離不 大，那么 子在第一次向右運(yùn) 程中就有可能打在右極板上、從t= 3t/8 刻 放 子，如果兩板 距離不 大， 子將在第一次向右運(yùn) 程中就打在右極板上；如果第一次向右運(yùn) 沒(méi)有打在右極板上，那就一定會(huì)在第一次向左運(yùn) 程中打在左極板上、【三】考點(diǎn)落 1、 于 定的 容器，描述其 容c、 量q、 u 之 相 關(guān)系的 是 1 中的4、傳感器是一種采集信息的重要器件、如下圖為測(cè)定壓力的電

16、容式傳感器， a為固定電極， b 為可動(dòng)電極，組成一個(gè)電容大小可變的電容器、可動(dòng)電極兩端固定， 當(dāng)待測(cè)壓力施加在可動(dòng)電極上時(shí)， 可動(dòng)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(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路， 電流從電流計(jì)正接線柱流入時(shí)指針向右偏轉(zhuǎn)、當(dāng)待測(cè)壓力增大時(shí)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(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)d、靈敏電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)5、如下圖，讓平行板電容器帶電后，靜電計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)一定角度， 假設(shè)不改變兩極板帶的電量而減小兩極板間的距離，同時(shí)在兩極板間插入電介質(zhì)，那么靜電計(jì)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

17、變- +g9、某物理工作者設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)，用的質(zhì)量為 m 、電量為 q 的粒子， 令其垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入一區(qū)域?yàn)閍v0b矩形 abcd 的電場(chǎng)，如下圖，電場(chǎng)方向與ad 平行且豎直向上，粒子第一次是在靠近矩形的下邊dc進(jìn)入的， 而恰好從 bdv0ce點(diǎn)飛出、然后，保持電場(chǎng)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ab 垂直進(jìn)入電場(chǎng)，那么正好從下邊 dc 的中點(diǎn) e 處飛出、試根據(jù)以上信息求出電場(chǎng)強(qiáng)度、11、在方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，絕緣細(xì)線的一端連著一個(gè)質(zhì)量為 m的帶電小球， 另一端懸掛于 o點(diǎn)、將小球拿到 a點(diǎn)此時(shí)細(xì)線與電場(chǎng)方向平行 無(wú)初速釋放， 小球擺到 b 點(diǎn)時(shí)速度

18、為零，此時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角為=30，求： 1小球的平衡位置、 2小球經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)細(xì)線對(duì)小球的拉力、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練參考答案1、 b2、 bcd3、 b洛倫茲力不做功，電場(chǎng)力做功大小相等，由動(dòng)能定理得，1 mv12，w1 mv02221 mv22，可得 b 正確、w1 mv02229、解：設(shè)矩形區(qū)域的長(zhǎng)為l ，寬為 d ，場(chǎng)強(qiáng)為 e 、粒子第一次飛入電場(chǎng)，水平方向有：lv0 t1 2 分豎直方向有：1 a t 2 分d2211粒子在豎直方向受到方向相反的重力和電場(chǎng)力作用，由牛頓第二定律得qe mg ma1 2 分粒子第二次飛入電場(chǎng)，水平方向有：l 2 分2v0t 2豎直方向有： 2 分d1 a2 t222粒子在豎直方向受到同方向的重力和電場(chǎng)力