物理学案（新教材粤教版）第九章第3讲电容器实验观察电容器的充放电现象带电粒子在电场中的直线运动

第3讲电容器实验：观察电容器的充、放电现象带电粒子在电场中的直线运动目标要求1.了解电容器的充电、放电过程，会计算电容器充、放电电荷量.2.了解影响平行板电容器电容大小的因素，能利用公式判断平行板电容器电容的变化.3.利用动力学、功能观点分析带电粒子在电场中的直线运动．考点一实验：观察电容器的充、放电现象1．实验原理(1)电容器的充电过程如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因________电子而带__________电，负极板因__________电子而带________电．正、负极板带________的正、负电荷．电荷在移动的过程中形成电流．在充电开始时电流比较________(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐________(填“增大”或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷停止定向移动，电流I＝0.(2)电容器的放电过程如图所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生________．在电子移动过程中，形成电流．放电开始电流较________(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐________(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零．2．实验步骤(1)按图连接好电路．(2)把单刀双掷开关S打在上面，使触点1与触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中．(3)将单刀双掷开关S打在下面，使触点3与触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中．(4)记录好实验结果，关闭电源．3．注意事项(1)电流表要选用小量程的灵敏电流计．(2)要选择大容量的电容器．(3)实验要在干燥的环境中进行．考向1电容器充、放电现象的定性分析例1(2022·北京卷·9)利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定值电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压表．下列说法正确的是()A．充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定B．充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋于稳定C．放电过程中，电流表的示数均匀减小至零D．放电过程中，电压表的示数均匀减小至零听课记录：___________________________________________________________________考向2电容器充、放电现象的定量计算例2(2023·山东省实验中学模拟)电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛．使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程．电路中的电流传感器与计算机相连，可以显示电路中电流随时间的变化关系．图甲中直流电源电动势E＝8V，实验前电容器不带电．先使S与“1”端相连给电容器充电，充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕．计算机记录的电流随时间变化的i－t曲线如图乙所示．(1)乙图中阴影部分的面积S1________S2；(选填“>”“<”或“＝”)(2)计算机测得S1＝1203mA·s，则该电容器的电容为________F；(保留两位有效数字)(3)由甲、乙两图可判断阻值R1________R2.(选填“>”“<”或“＝”)考点二电容器及平行板电容器的动态分析1．电容器(1)组成：由两个彼此________又相距很近的导体组成．(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的____________________________________________．(3)电容器的充、放电：①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的________________，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____________转化为其他形式的能．2．电容(1)定义：电容器所带的____________与电容器两极板之间的____________之比．(2)定义式：C＝eq\f(Q,U).(3)单位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF).1F＝________μF＝________pF.(4)意义：表示电容器________________本领的高低．(5)决定因素：由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及电压________．3．平行板电容器的电容(1)决定因素：两极板的____________、电介质的________________、____________________.(2)决定式：C＝eq\f(εrS,4πkd).1．电容器的电荷量等于两个极板所带电荷量绝对值的和．()2．电容器的电容与电容器所带电荷量成正比，与电压成反比．()3．放电后电容器的电荷量为零，电容也为零．()1．两类典型问题(1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变．(2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变．2．两类典型动态分析思路比较考向1两极板间电势差不变例3(2022·重庆卷·2)如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不变．若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则()A．材料竖直方向尺度减小B．极板间电场强度不变C．极板间电场强度变大D．电容器电容变大听课记录：__________________________________________________________________考向2两极板电荷量不变例4(多选)(2023·广东汕头市模拟)兴趣小组利用图示器材探究平行板电容器，保持正对面积S不变，缓慢增大两极板间距离d，描绘出电容器两端电压U、电容器电容C、极板带电荷量Q、板间电场强度E与d的关系图像，以下描述可能正确的是()听课记录：_______________________________________________________________________________________________________________________________________考向3电容器的综合分析例5(2023·广东深圳市模拟)M、N两金属板竖直放置，使其带电，悬挂在其中的带电小球P如图偏离竖直方向．下列哪一项措施会使OP悬线与竖直方向的夹角增大(P球不与金属极板接触)．()A．增大M、N两极板间的电势差B．减小M、N两极板的带电荷量C．保持板间距不变，将M、N板一起向右平移D．保持极板带电荷量不变，将N板向右平移听课记录：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考点三带电粒子(带电体)在电场中的直线运动考向1带电粒子在电场中的直线运动1．对带电粒子进行受力分析时应注意的问题(1)要掌握电场力的特点．电场力的大小和方向不仅跟电场强度的大小和方向有关，还跟带电粒子的电性和电荷量有关．(2)是否考虑重力依据情况而定．基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有特殊说明或明确的暗示外，一般不考虑重力(但不能忽略质量)．带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有特殊说明或明确的暗示外，一般都不能忽略重力．2．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且与初速度共线，带电粒子将做加速直线运动或减速直线运动．3．用动力学观点分析a＝eq\f(qE,m)，E＝eq\f(U,d)，v2－v02＝2ad.4．用功能观点分析匀强电场中：W＝Eqd＝qU＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02非匀强电场中：W＝qU＝Ek2－Ek1例6(2023·广东省华师附中、省实、广雅、深中四校联考)电子枪是示波器构造的一部分，如图是电子枪的示意图．A是电阻丝，加热后电子可以从电阻丝中逃逸出来，U1是加在电阻丝两端的电压．B是金属板，在A、B之间加电压U2，逃逸出来的电子经A、B间电场加速后从金属板中间的小孔射出．电子从电阻丝出来时的速度近似为零，U2远远大于U1，电阻丝与板间的距离为d，电子电荷量为e、质量为m，不计电子间的相互作用及重力，以下选项正确的是()A．金属板的电势低于电阻丝的电势B．电阻丝与金属板间的电场强度大小为E＝eq\f(U2,d)C．电子从小孔射出时的速度大小为v＝eq\r(\f(2eU1,m))D．电子从小孔射出时的速度大小为v＝eq\r(\f(2eU2,m))听课记录：__________________________________________________________________考向2带电体在电场力和重力作用下的直线运动例7如图，长度为L的轻质绝缘细杆两端连接两个质量均为m的绝缘带电小球A和B，两小球均可看作质点，带电荷量为qA＝＋6q、qB＝－2q.将小球从图示位置由静止释放，下落一段时间后B进入位于下方的匀强电场区域．匀强电场方向竖直向上，场强E＝eq\f(mg,q)，重力加速度为g.求：(1)小球A刚进入电场时的速度大小；(2)要使小球B第一次下落时不穿出电场下边界，电场区域的最小高度H.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考向3带电粒子在交变电场中的直线运动1．常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等．2．常见的题目类型(1)粒子做单向直线运动．(2)粒子做往返运动．3．解题技巧(1)按周期性分段研究．(2)将eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(φ－t图像,U－t图像,E－t图像))eq\o(→,\s\up7(转换))a－t图像eq\o(→,\s\up7(转化))v－t图像．例8如图所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间的电压分别如图中甲、乙、丙、丁所示时，电子在板间运动(假设不与板相碰)，下列说法正确的是()A．电压如甲图所示时，在0～T时间内，电子的电势能一直减少B．电压如乙图所示时，在0～eq\f(T,2)时间内，电子的电势能先增加后减少C．电压如丙图所示时，电子在板间做往复运动D．电压如丁图所示时，电子在板间做往复运动听课记录：______________________________________________________________________________________________________________________________________例9(多选)某电场的