高考物理总复习7.3电容器、带电粒子在电场中的运动课件PPT

这是一份高考物理总复习7.3电容器、带电粒子在电场中的运动课件PPT，共40页。PPT课件主要包含了-2-，知识梳理，考点自诊，-3-，-4-，-5-，-6-，-7-，-8-，-9-等内容，欢迎下载使用。

一、电容器1.电容器(1)组成:由两个彼此 绝缘　又相互 靠近　的导体组成。 (2)带电荷量:一个极板所带电荷量的 绝对值　。 (3)电容器的充、放电:①充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两板带上等量的 异种电荷　,电容器中储存 电场能　。 ②放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中 电场能　转化为其他形式的能。 
2.电容(1)定义:电容器所带的 电荷量　Q与电容器两极板间的电势差U的比值。 
(3)物理意义:表示电容器 容纳电荷　本领大小的物理量。 (4)单位:法拉(F),1 F= 106　 μF=1012 pF。 3.平行板电容器(1)影响因素:平行板电容器的电容与 正对面积　成正比,与介质的介电常数成 正　比,与 两极板间距离　成反比。 
二、带电粒子在电场中的运动1.加速问题(1)在匀强电场中:W=qEd=qU=  　。 (2)在非匀强电场中:W=qU=  　。 2.偏转问题(1)条件分析:不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场。(2)运动性质: 匀变速曲线　运动。 (3)处理方法:利用运动的合成与分解。①沿初速度方向:做 匀速　运动。 ②沿电场方向:做初速度为零的 匀加速　运动。 
三、示波管1.示波管装置示波管由 电子枪　、 偏转电极　和 荧光屏　组成,管内抽成真空。如图所示。 
2.工作原理(1)如果在偏转电极XX'和YY'之间都没有加电压,则电子枪射出的电子束沿直线运动,打在荧光屏 中心　,在那里产生一个亮斑。 (2)YY'上加的是待显示的 信号电压　。XX'上是机器自身产生的锯齿形电压,叫作扫描电压。若所加扫描电压和信号电压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。 
1.(多选)有一只电容器的规格是“1.5 μF,9 V”,那么 (　　)A.这只电容器上的电荷量不能超过1.5×10-5 CB.这只电容器上的电荷量不能超过1.35×10-5 CC.这只电容器的额定电压为9 VD.这只电容器的击穿电压为9 V
2.关于电容器及其电容,下列说法正确的是(　　)A.平行板电容器一板带电+Q,另一板带电-Q,则此电容器不带电B.由公式C= 可知,电容器的电容随电荷量Q的增加而增大C.对一个电容器来说,电容器的电荷量与两板间的电势差成正比D.如果一个电容器两板间没有电压,就不带电荷,也就没有电容
3.一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变,在两极板间插入一电介质,其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是(　　)A.C和U均增大B.C增大,U减小C.C减小,U增大D.C和U均减小
4.如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板的速度为v,保持两极间电压不变,则(　　)A.当减小两板间的距离时,速度v增大B.当减小两极间的距离时,速度v减小C.当减小两极间的距离时,速度v不变D.当减小两极间的距离时,电子在两极间运动的时间变长
5.如图所示,质子 以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力),则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为(　　)A.1∶1　　B.1∶2C.2∶1D.1∶4
平行板电容器的动态分析1.三先三后(1)先看常量,后看变量;(2)在变量中先看自变量,后看因变量;(3)先定性分析,再定量计算。2.平行板电容器的动态分析问题的两种情况归纳(1)平行板电容器充电后,保持电容器的两极板与电池的两极相连接:
(2)平行板电容器充电后,切断与电池的连接:
例1(2016·天津卷)如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板间有一固定在P点的点电荷。以E表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P点的电势能,θ表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则(　　)A.θ增大,E增大B.θ增大,Ep不变C.θ减小,Ep增大D.θ减小,E不变
思维点拨首先要分清电容器问题的两种情况:电容器带电荷量一定和电容器两板间电势差一定;其次要掌握三个基本公式:C= ,Q=CU;同时记住一个特殊的结论:电容器带电荷量一定时,电容器两板间的电场强度大小与两板间距无关。
即学即练1.(2016·全国卷Ⅰ)一平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上。若将云母介质移出,则电容器(　　)A.极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大B.极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大C.极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变D.极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变
2.(2017·江苏卷)如图所示,三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔,小孔分别位于O、M、P点。由O点静止释放的电子恰好能运动到P点。现将C板向右平移到P'点,则由O点静止释放的电子(　　)A.运动到P点返回B.运动到P和P'点之间返回C.运动到P'点返回D.穿过P'点
带电粒子在匀强电场中的直线运动1.做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F合=0,粒子静止或做匀速直线运动。(2)粒子所受合外力F合≠0,且与初速度方向在同一条直线上,带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。2.用动力学观点分析
例2如图所示,一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为m0、电荷量为q(q>0)的粒子;在负极板附近有另一质量为m、电荷量为-q的粒子。在电场力的作用下,两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距 l的平面。若两粒子间相互作用力可忽略,不计重力,则m0∶m为(　　)A.3∶2B.2∶1C.5∶2D.3∶1
1.带电体是否考虑重力的判断(1)微观粒子(如电子、质子、离子等),一般都不计重力。(2)带电微粒(如油滴、液滴、尘埃、小球等),一般要考虑重力。(3)原则上,所有未明确交代的带电体,都应根据题中运动状态和过程,反推是否考虑重力(即隐含条件)。
2.带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法
即学即练3.(2017·广东汕尾城区校级月考)如图所示,板长l=4 cm的平行板电容器,板间距离d=3 cm,板与水平线夹角α=37°,两板所加电压为U=100 V。有一带负电液滴,电荷量为q=3×10-10 C,以v0=1 m/s的水平速度自A板边缘水平进入电场,在电场中仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)。求:(1)液滴的质量;(2)液滴飞出时的速度。
解析:(1)根据题意画出带电液滴的受力图如图所示,可得qEcs α=mg
代入数据得m=8×10-8 kg。(2)因液滴沿水平方向运动,所以重力做功为零。对液滴由动能定理得
4.(2017·北京东城区检测)如图所示,一电荷量为+q、质量为m的小物块处于一倾角为37°的光滑斜面上,整个装置被置于一水平向右的匀强电场中,小物块恰好静止。重力加速度为g,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求:(1)水平向右电场的电场强度的大小;(2)若将电场强度减小为原来的 ,小物块的加速度是多大;(3)电场强度变化后小物块下滑距离L时的动能。
解析:(1)小物块静止在斜面上,受重力、电场力和斜面支持力(如图所示),则FNsin 37°=qE①FNcs 37°=mg②
(3)电场强度变化后小物块下滑距离L时,重力做正功,电场力做负功,由动能定理得mgLsin 37°-qE'Lcs 37°=Ek-0可得Ek=0.3mgL。
带电粒子在匀强电场中的偏转求解电偏转问题的两种思路以示波管模型为例,带电粒子经加速电场U1加速,再经偏转电场U2偏转后,需再经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点P,如图所示。
(1)确定最终偏移距离OP的两种方法方法1:
(2)确定粒子经偏转电场后的动能(或速度)的两种方法方法1:
利用动能定理求粒子偏转后的动能时,电场力做功W=qU=qEy,其中“U”为初末位置的电势差,而不一定是U= 。
例3(2017·黑龙江哈尔滨香坊区二模)如图甲所示,热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计,电子发射装置的加速电压为U0。电容器板长和板间距离均为L=10 cm,下极板接地。电容器右端到荧光屏的距离也是L=10 cm。在电容器两极板间接一交流电压,上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示。(每个电子穿过平行板的时间极短,可以认为电压是不变的)
(1)在t=0.06 s时刻进入的电子打在荧光屏上的何处?(2)荧光屏上有电子打到的区间有多长?(3)屏上的亮点如何移动?
答案:(1)在t=0.06 s时刻,电子打在荧光屏上的y'=13.5 cm(2)荧光屏上有电子打到的区间有30 cm　(3)亮点在竖直方向做直线运动。解析:(1)由题图知t=0.06 s时偏转电压为U=1.8U0,①设电子质量为m,电荷量为e电子在加速电场中加速
联立解得y=0.45L=4.5 cm设电子打在屏上的点偏离O点的距离为y',则因为粒子离开偏转电场速度的反向延长线经过偏转极板中轴线的中点,根据相似三角形得
代入数据解得y'=13.5 cm。故打在屏上的点距O点13.5 cm。(2)电子的最大侧移是0.5L,由②③两式得:Umax=2.0U0所以荧光屏上电子的最大侧位移
能打到的区间长为2ymax'=3L=30 cm。(3)亮点在竖直方向做直线运动。
思维点拨(1)由图象得到t=0.06 s时的偏转电压,根据电子在电场中加速再经偏转电场做类平抛运动,根据偏转电压求出电子在电场中的加速度,根据类平抛运动求解即可。(2)根据电子在偏转电场中运动,根据类平抛运动知识电子离开偏转电场时的最大偏转距离为 ,由此根据类平抛运动求出从极板边缘飞出的电子的偏转电压,根据几何知识求解打在屏上的电子区间。(3)由亮点的偏转范围可得其运动情况。
抓住带电粒子经加速电场加速后,在偏转电场中做类平抛运动,能根据类平抛运动知识求解相关问题,灵活运用运动的合成与分解是关键。
即学即练5.(2017·山东日照三模)a、b、c是三个电荷量相同、质量不同的带电粒子,以相同的初速度由同一点垂直电场强度方向进入偏转电场,仅在电场力的作用下,运动轨迹如图所示,其中b恰好沿着极板边缘飞出电场。粒子a、b、c在电场中运动的过程中,下列说法正确的是(　　)A.a、b运动的时间相同B.a的质量最大,c的质量最小C.动量的增量相比,a的最小,b和c的一样大D.动能的增量相比,c的最大,a和b的一样大
6.如图甲所示,离子源产生的正离子由离子源飞出时的速度可忽略不计,离子离开离子源后进入一加速电压为U0的加速电场,偏转电场极板间的距离为d,极板长为l=2d,偏转电场的下极板接地,偏转电场极板右端到竖直放置的足够大的荧光屏之间的距离也为l。现在偏转电场的两极板间接一周期为T的交流电压,上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示。(设正离子的电荷量为q、质量为m,大量离子从偏转电场中央持续射入,穿过平行板的时间都极短)
(1)试计算离子刚进入偏转电场时的速度v0的大小。(2)在电势变化的过程中发现荧光屏有“黑屏”现象,即无正离子到达荧光屏,试计算每个周期内荧光屏黑屏的时间t。(3)离子打到荧光屏上的区间的长度x。
解析:(1)由题意可知,离子刚进入偏转电场时的速度大小恰为离子射出加速电场时的速度大小,由动能定理可得
(2)由题意可知,只要正离子能射出偏转电场,即可打到荧光屏上,因此当离子打在偏转电场的极板上时,出现“黑屏”现象。设离子刚好能射出偏转电场时的偏转电压为U,
由题图乙可知,偏转电压U在0.5U0~U0之间变化时,进入偏转电场的离子无法射出偏转电场打在荧光屏上,因此每个周期内出现“黑屏”的时间为t= 。
(3)设离子射出偏转电场时的最大侧移量为y,打在荧光屏上的位置