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1、第第3讲讲 电容器和电容电容器和电容 带电粒子在电带电粒子在电场中的运动场中的运动2013届高考一轮物理复习课件选修届高考一轮物理复习课件选修3-1静电场静电场(教科版教科版)2021/8/11 星期三1常见电容器常见电容器(1)组成：由两个彼此组成：由两个彼此_又相互又相互_的导体组成的导体组成(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的带电荷量：一个极板所带电荷量的_(3)电容器的充、放电电容器的充、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充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两板带上等量的的_，电容器中储存，电容器中储存_放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中放电：使充电
2、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转化为其他形式的能常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系(考纲要求考纲要求)1.绝缘绝缘靠近靠近绝对值绝对值异种异种电电荷荷电场电场能能电场电场能能2021/8/11 星期三2电容电容(1)定义定义：电容器所带的：电容器所带的_与电容器两极板间的电势与电容器两极板间的电势差差U的比值的比值(2)定义式定义式：.(3)物理意义物理意义：表示电容器：表示电容器_本领大小的物理量本领大小的物理量(4)单位单位：法拉：法拉(F)1 F_ F1012 pF.2电电荷量荷量Q容容纳电纳电荷荷106 202
3、1/8/11 星期三3平行板电容器平行板电容器(1)影响因素：平行板电容器的电影响因素：平行板电容器的电容与容与_成正比，与介质的成正比，与介质的_成正比，与成正比，与_成反比成反比3正正对对面面积积介介电电常数常数两板两板间间的距的距离离2021/8/11 星期三41.带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速 带电带电粒子沿与粒子沿与电场线电场线平行的方向平行的方向进进入入电场电场，带电带电粒子将粒子将 做做_运运动动有两种分析方法：有两种分析方法：带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强电场中的运动(考纲要求考纲要求)加加(减减)速速2021/8/11 星期三5带电粒子在匀强电场中的偏
4、转带电粒子在匀强电场中的偏转(1)研究条件研究条件：带电带电粒子垂直于粒子垂直于电场电场方向方向进进入匀入匀强强电场电场(2)处理方法处理方法：类类似于平抛运似于平抛运动动，应应用运用运动动的的_的方法的方法沿初速度方向做沿初速度方向做_运运动动，运，运动时间动时间t沿沿电场电场力方向，做力方向，做_运运动动2合成与分解合成与分解匀速直匀速直线线匀加速直匀加速直线线2021/8/11 星期三61.构造构造：(1)_，(2)_，(3)_2工作原理工作原理(如如图图631所示所示)示波管示波管(考纲要求考纲要求)图图631电电子子枪枪偏偏转电转电极极荧荧光屏光屏2021/8/11 星期三7(1)如
5、果在偏如果在偏转电转电极极XX和和YY之之间间都没有加都没有加电压电压，则电则电子子枪枪射出的射出的电电子沿直子沿直线线运运动动，打在，打在荧荧光屏光屏_，在那里，在那里产产生一生一个亮斑个亮斑(2)YY上加的是待上加的是待显显示的示的_，XX上是机器自身上是机器自身产产生的生的锯齿锯齿形形电压电压，叫做，叫做扫扫描描电压电压，若所加，若所加扫扫描描电压电压和信号和信号电压电压的周期相同，就可以在的周期相同，就可以在荧荧光屏上得到待光屏上得到待测测信号在一个信号在一个周期内周期内变变化的化的稳稳定定图图像像中心中心信号信号电压电压2021/8/11 星期三82021/8/11 星期三9一图二结
6、论一图二结论2021/8/11 星期三10下列关于下列关于电电容的容的说说法正确的是法正确的是 ()A电电容器容器简简称称电电容容B电电容器容器A的的电电容比容比B的大，的大，说说明明A的的带电带电荷量比荷量比B多多C电电容在数容在数值值上等于使两极板上等于使两极板间间的的电势电势差差为为1 V时电时电容容 器需要器需要带带的的电电荷量荷量12021/8/11 星期三11解析解析电容器和电容是两个不同的概念，电容器和电容是两个不同的概念，A错；电容器错；电容器A的电容比的电容比B的大，只能说明电容器的大，只能说明电容器A容纳电荷的本领比容纳电荷的本领比B大，大，与是否带电无关，与是否带电无关，
7、B错；电容器的电容大小和它的两极板错；电容器的电容大小和它的两极板所带的电荷量、两极板间的电势差、电容器的体积等无关，所带的电荷量、两极板间的电势差、电容器的体积等无关，D错错答案答案C2021/8/11 星期三12(2011徐州高三检测徐州高三检测)如如图图632所示，用静所示，用静电计电计可以可以测测量已充量已充电电的平行板的平行板电电容器两极板之容器两极板之间间的的电势电势差差U，现现使使B板板带带正正电电，则则下列判断正确的是下列判断正确的是 ()2图图632A增大两极板之增大两极板之间间的距离，静的距离，静电计电计指指针张针张角角变变大大B将将A板稍微上移，静板稍微上移，静电计电计指
8、指针张针张角将角将变变大大C若将玻璃板插入两板之若将玻璃板插入两板之间间，则则静静电计电计指指针张针张角角变变大大D若将若将A板拿走，板拿走，则则静静电计电计指指针张针张角角变为变为零零答案答案AB2021/8/11 星期三13一个一个带电带电小球，用小球，用细绳悬细绳悬挂在水平方向的匀挂在水平方向的匀强强电场电场中，当小中，当小球静止后把球静止后把悬绳烧悬绳烧断，小球将做断，小球将做 ()A自由落体运自由落体运动动B匀匀变变速曲速曲线线运运动动方向方向C沿沿悬绳悬绳的延的延长线长线方向做匀加速直方向做匀加速直线线运运动动D变变加速直加速直线线运运动动解析解析重力和电场力均为恒力，合力方向与细
9、绳的拉力方向重力和电场力均为恒力，合力方向与细绳的拉力方向相反，大小与细绳的拉力大小相等剪断细绳后小球初速度相反，大小与细绳的拉力大小相等剪断细绳后小球初速度为零，合力恒定，故做匀加速直线运动，正确答案为为零，合力恒定，故做匀加速直线运动，正确答案为C.答案答案C32021/8/11 星期三14电电子以初速度子以初速度v0沿垂直沿垂直电场电场强强度方向射入两平行金属板度方向射入两平行金属板间间的匀的匀强强电场电场中，中，现现增大两极板增大两极板间间的的电压电压，但仍使，但仍使电电子能子能够够穿穿过过平行金属板，平行金属板，则电则电子穿子穿过过平行金属板所需要的平行金属板所需要的时间时间 ()A
10、随随电压电压的增大而减小的增大而减小B随随电压电压的增大而增大的增大而增大C加大两板加大两板间间距离，距离，时间时间将减小将减小D与与电压电压及两板及两板间间距离均无关距离均无关4答案答案D2021/8/11 星期三15(2011长春调研长春调研)如如图图633所示，所示，静止的静止的电电子在加速子在加速电压为电压为U1的的电场电场作作用下从用下从O经经P板的小孔射出，又垂直板的小孔射出，又垂直进进入平行金属板入平行金属板间间的的电场电场，在偏，在偏转电转电压为压为U2的的电场电场作用下偏作用下偏转转一段距离一段距离图图6335现现使使U1加倍，要想使加倍，要想使电电子的运子的运动轨动轨迹迹不
11、不发发生生变变化，化，应该应该 ()2021/8/11 星期三16答案答案A2021/8/11 星期三17考点一考点一平行板电容器的动态分析平行板电容器的动态分析2021/8/11 星期三182电容器两类问题比较电容器两类问题比较分分类类充充电电后与后与电电池池两极相两极相连连充充电电后与后与电电池池两极断开两极断开不不变变量量UQd变变大大C变变小小Q变变小小E变变小小 C变变小小U变变大大E不不变变S变变大大C变变大大Q变变大大E不不变变 C变变大大U变变小小E变变小小变变大大C变变大大Q变变大大E不不变变 C变变大大U变变小小E变变小小2021/8/11 星期三19M、N两金属板两金属板
12、竖竖直放置，使其直放置，使其带电带电，悬悬挂挂其中的其中的带电带电小球小球P如如图图634所示，偏离所示，偏离竖竖直方向下列哪一直方向下列哪一项项措施会使措施会使OP悬线悬线与与竖竖直方向的直方向的夹夹角增大？角增大？(P球不与金属极板接触球不与金属极板接触)()A增大增大MN两极板两极板间间的的电势电势差差B减小减小MN两极板的两极板的带电带电荷量荷量【典例【典例1】图图634C保持板保持板间间间间距不距不变变，将，将M、N板一起向右平移板一起向右平移D保持板保持板间间间间距不距不变变，将，将M、N板一起向左平移板一起向左平移2021/8/11 星期三20解析解析小球受向右的电场力处于平衡状
13、态，增大两板间的小球受向右的电场力处于平衡状态，增大两板间的电势差则电场强度增大，电场力增大，小球向右偏角增大，电势差则电场强度增大，电场力增大，小球向右偏角增大，A对；减小电容器的带电荷量则两板间电势差减小，电场对；减小电容器的带电荷量则两板间电势差减小，电场强度减小，电场力减小，偏角减小，强度减小，电场力减小，偏角减小，B错；错；C、D中电场强中电场强度不会变化，偏角不变，故度不会变化，偏角不变，故C、D错错答案答案A2021/8/11 星期三21 运用电容的定义式和决定式分析电容器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相关量变化的思路2021/8/11 星期三22(2012深
14、圳调研深圳调研)如如图图635所示，平所示，平行板行板电电容器与容器与电动势为电动势为E的直流的直流电电源源(内阻不内阻不计计)连连接，下极板接地一接，下极板接地一带电带电油滴位于油滴位于电电容器中的容器中的P点且恰好点且恰好处处于平于平衡状衡状态态现现将平行板将平行板电电容器的上极板容器的上极板【变式【变式1】图图635竖竖直向上移直向上移动动一小段距离一小段距离()A带电带电油滴将沿油滴将沿竖竖直方向向上运直方向向上运动动BP点的点的电势电势将降低将降低C带电带电油滴的油滴的电势电势能将减少能将减少D若若电电容器的容器的电电容减小，容减小，则则极板极板带电带电量将增大量将增大2021/8/
15、11 星期三23解析解析因为电容器两板电压不变，当两板间距离因为电容器两板电压不变，当两板间距离d增大，增大，电场强度电场强度E减小，减小，PExP减小，减小，P点的电势降低，故选项点的电势降低，故选项A错错B对；又根据带电油滴平衡可判断其带负电，它在对；又根据带电油滴平衡可判断其带负电，它在P点点的电势能增大，选项的电势能增大，选项C错误；电容器的电容减小，则极板错误；电容器的电容减小，则极板带电荷量将减小，选项带电荷量将减小，选项D错，故答案为错，故答案为B.答案答案B2021/8/11 星期三24首先首先对带电对带电粒子粒子进进行受力分析，弄清行受力分析，弄清带电带电粒子的运粒子的运动动
16、状状态态，然后再然后再选选用恰当的物理用恰当的物理规规律求解如果律求解如果应应用牛用牛顿顿运运动动定律，定律，要弄清要弄清带电带电粒子的受力情况和运粒子的受力情况和运动动情况，再灵活运用运情况，再灵活运用运动动学公式求解；如果运用学公式求解；如果运用动动能定理，关能定理，关键键要弄清要弄清带电带电粒子的粒子的初、末状初、末状态态及哪些力做功及哪些力做功考点二考点二带电体在匀强电场中做直线运动问题的分析带电体在匀强电场中做直线运动问题的分析2021/8/11 星期三25(2012济南模拟济南模拟)如如图图636所示，一所示，一带电带电荷量荷量为为q、质质量量为为m的小物的小物块处块处于一于一倾倾
17、角角为为37的光滑斜面上，当整个的光滑斜面上，当整个装置被置于一水平向右的匀装置被置于一水平向右的匀强强电场电场中，中，小物小物块块恰好静止重力加速度取恰好静止重力加速度取g，sin 370.6，cos 370.8.求：求：(1)水平向右水平向右电场电场的的电场电场强强度；度；【典例【典例2】图图636(3)电场电场强强度度变变化后物化后物块块下滑距离下滑距离L时时的的动动能能2021/8/11 星期三26解析解析(1)小物块静止在斜面上，受重力、小物块静止在斜面上，受重力、电场力和斜面支持力，受力图如图电场力和斜面支持力，受力图如图所示，则有所示，则有FNsin 37qEFNcos 37mg
18、由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得mgsin 37qEcos 37ma可得可得a0.3g.2021/8/11 星期三27(3)电场强度变化后物块下滑距离电场强度变化后物块下滑距离L时，时，重力做正功，电场力做负功，重力做正功，电场力做负功，由动能定理得由动能定理得mgLsin 37qELcos 37Ek0可得可得Ek0.3mgL.2021/8/11 星期三28 带电体在匀强电场中做直线运动问题的带电体在匀强电场中做直线运动问题的分析方法分析方法2021/8/11 星期三29在一个水平面上建立在一个水平面上建立x轴轴，在，在过过原点原点O右右侧侧空空间间有一个匀有一个匀强强电场电场，电场电场强强度
19、大小度大小E6105 N/C，方向与方向与x轴轴正方向相同，在正方向相同，在O处处放一个放一个电电荷量荷量q5108【变式【变式2】图图637C、质质量量m0.010 kg的的带负电绝缘带负电绝缘物物块块物物块块与水平面与水平面间间的的动动摩擦因数摩擦因数0.2，沿，沿x轴轴正方向正方向给给物物块块一个初速度一个初速度v02 m/s，如，如图图637所示，求：所示，求：(1)物物块块最最终终停止停止时时的位置；的位置；(g取取10 m/s2)(2)物物块块在在电场电场中运中运动过动过程的机械能增量程的机械能增量2021/8/11 星期三30解析解析(1)第一个过程：物块向右做匀减速运动到速度为
20、第一个过程：物块向右做匀减速运动到速度为零零FfmgFqEFfFma2as1v02s10.4 m第二个过程：物块向左做匀加速运动，第二个过程：物块向左做匀加速运动，离开电场后再做匀减速运动直到停止离开电场后再做匀减速运动直到停止由动能定理得：由动能定理得：Fs1Ff(s1s2)0得得s20.2 m，则物块停止在原点，则物块停止在原点O左侧左侧0.2 m处处(2)物块在电场中运动过程的机械能增量物块在电场中运动过程的机械能增量EWf2mgs10.016 J.答案答案(1)原点原点O左左侧侧0.2 m处处(2)0.016 J2021/8/11 星期三31求解带电粒子偏转问题的两种思路求解带电粒子偏
21、转问题的两种思路考点三考点三带电粒子在匀强电场中偏转问题带电粒子在匀强电场中偏转问题图图638在示波管模型中，在示波管模型中，带电带电粒子粒子经经加加速速电场电场U1加速，再加速，再经经偏偏转电场转电场U2偏偏转转后，需再后，需再经历经历一段匀速直一段匀速直线线运运动动才会打到才会打到荧荧光屏上而光屏上而显显示亮示亮点点P.如如图图638所示所示.(1)确定最确定最终终偏移距离偏移距离OP的两种方法的两种方法思路思路1：2021/8/11 星期三32思路思路2：(2)确定粒子确定粒子经经偏偏转电场转电场后的后的动动能能(或速度或速度)的两种方法的两种方法思路思路1：思路思路2：2021/8/1
22、1 星期三33如如图图639所示，在两条平行的所示，在两条平行的虚虚线线内存在着内存在着宽宽度度为为L、电场电场强强度度为为E的匀的匀强强电场电场，在与右，在与右侧侧虚虚线线相相距也距也为为L处处有一与有一与电场电场平行的屏平行的屏现现有一有一电电荷量荷量为为q、质质量量为为m的的带电带电粒子粒子(重力不重力不计计)，以垂直于，以垂直于电电场线场线方向的初速度方向的初速度v0射入射入电场电场【典例【典例3】图图639中，中，v0方向的延方向的延长线长线与屏的交点与屏的交点为为O.试试求：求：(1)粒子从射入到打到屏上所用的粒子从射入到打到屏上所用的时间时间；(2)粒子粒子刚刚射出射出电场时电场
23、时的速度方向与初速度方向的速度方向与初速度方向间夹间夹角的正角的正切切值值tan；(3)粒子打到屏上的点粒子打到屏上的点P到到O点的距离点的距离x.2021/8/11 星期三342021/8/11 星期三352021/8/11 星期三36如如图图6310所示，金属板所示，金属板A、金属网、金属网B、荧荧光屏光屏C彼此平行，彼此平行，A、B之之间间的距离的距离d19 cm，B、C之之间间的距离的距离d218 cm，电电源源电动势电动势E20 V，内阻，内阻r2，滑，滑动变动变阻阻器在器在018 之之间间可可调调，图图中滑中滑动动片置于片置于电电阻的中点，从阻的中点，从S孔向各个方向以速孔向各个方
24、向以速【变式【变式3】图图6310度度v01105 m/s向向电场电场中射入中射入电电子，子，电电子的比荷子的比荷 1.81011C/kg，不，不计计重力重力(1)求求A、B之之间间的的电场电场强强度的大小；度的大小；(2)设设所有所有电电子都能打在子都能打在荧荧光屏上，求屏上亮光屏上，求屏上亮圆圆的半径的半径2021/8/11 星期三37(2)先求竖直向上发射的电子到达先求竖直向上发射的电子到达B板板上上P点的速度如图所示点的速度如图所示2021/8/11 星期三38答案答案(1)100 V/m(2)2 cm2021/8/11 星期三39带电体在重力场、电场中的运动问题的带电体在重力场、电场
25、中的运动问题的“等效法等效法”处理处理 等效思等效思维维方法就是将一个复方法就是将一个复杂杂的物理的物理问题问题，等效，等效为为一一个熟知的物理模型或个熟知的物理模型或问题问题的方法例如我的方法例如我们们学学习过习过的等效的等效电电阻、分力与合力、合运阻、分力与合力、合运动动与分运与分运动动等都体等都体现现了等效思了等效思维维方法常方法常见见的等效法有的等效法有“分解分解”、“合成合成”、“等效等效类类比比”、“等等效替效替换换”、“等效等效变换变换”、“等效等效简简化化”等，从而化繁等，从而化繁为简为简，化，化难为难为易易 带电带电粒子在匀粒子在匀强强电场电场和重力和重力场组场组成的复合成的
26、复合场场中做中做圆圆周周运运动动的的问题问题是高中物理教学中一是高中物理教学中一类类重要而典型的重要而典型的题题型型对对于于这类问题这类问题，若采用常，若采用常规规方法求解，方法求解，过过程复程复杂杂，运算量大，运算量大若采用若采用“等效法等效法”求解，求解，则则能避开复能避开复杂杂的运算，的运算，过过程比程比较较简简捷捷.3.等效思维法等效思维法2021/8/11 星期三40【典例典例】如如图图6311所示，所示，绝缘绝缘光光 滑滑轨轨道道AB部分部分为倾为倾角角为为30的斜的斜 面，面，AC部分部分为竖为竖直平面上半径直平面上半径为为 R的的圆轨圆轨道，斜面与道，斜面与圆轨圆轨道相切道相切
27、 整个装置整个装置处处于于场场强强为为E、方向水平向右的匀、方向水平向右的匀强强电场电场 中中现现有一个有一个质质量量为为m的小球，的小球，带带正正电电荷量荷量为为 要使小球能安全通要使小球能安全通过圆轨过圆轨道，在道，在O点的初速度点的初速度应为应为多多 大？大？图图6311解析解析小球先在斜面上运动，受重小球先在斜面上运动，受重力、电场力、支持力，然后在圆轨力、电场力、支持力，然后在圆轨道上运动，受重力、电场力、轨道道上运动，受重力、电场力、轨道作用力，如右图所示，类比重力场，将电场力与重力的作用力，如右图所示，类比重力场，将电场力与重力的合力视为等效重力合力视为等效重力mg，大小为，大小为mg2021/8/11 星期三412021/8/11 星期三422021/8/11 星期三43当我们研究某一新问题时，如果它和某一学过的问题类当我们研究某一新问题时，如果它和某一学过的问题类似，就可以利用等效和类比的方法进行分析似，就可以利用等效和类比的方法进行分析.用等效法解用等效法解本题的关键在于正确得出等效重力场，然后再利用对比本题的关键在于正确得出等效重力场，然后再利用对比正常重力场下小球做圆周运动的规律正常重力场下小球做圆周运动的规律.等效法的应用等效法的应用2021/8/11 星期三442021/8/11 星期三45