《高考备考指南 物理 》课件-第3讲　电容器　带电粒子在电场中的运动

第3讲电容器带电粒子在电场中的运动(本栏目对应配套训练P64~65)知识巩固练习1.如图所示，平行板电容器与电动势为E的电源连接，上极板A接地，一带负电的油滴固定于电容器中的P点，现将平行板电容器的下极板B竖直向下移动一小段距离，则()A.带电油滴所受静电力不变B.P点的电势将升高C.带电油滴在P点时的电势能增大D.电容器的电容减小，极板带电荷量增大【答案】B【解析】将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，由于电容器两板间电压不变，根据E＝Ud可知板间电场强度减小，油滴所受的静电力减小，则油滴将向下运动，A错误；板间电场强度E减小，而P点与上极板间的距离不变，则由公式U＝Ed分析可知，P点与上极板间电势差将减小，而P点的电势低于上极板的电势，则知P点的电势将升高，由带电油滴原来处于平衡状态可知油滴带负电，P点的电势升高，则油滴在P点时的电势能将减小，B正确、C错误；根据电容的定义式C＝QU得，电容器与电源相连，则U不变，因d增大，C减小，则极板带电荷量Q也减小，D2.基于人的指纹具有终身不变性和唯一性，指纹识别技术面世.目前大部分手机都有指纹解锁功能，其中有种指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示.指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”.传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同.此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据.根据以上信息，下列说法正确的是()A.在峪处形成的电容器电容较大B.在峪处形成的电容器放电较慢C.充电后在嵴处形成的电容器电荷量大D.潮湿的手指头对指纹识别绝对没有影响【答案】C【解析】根据电容的计算公式C＝εrS4πkd可知，极板与指纹峪(凹的部分)的距离d大，构成的电容器电容小，A错误.传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，所有电容器的电压一定，根据Q＝CU＝εrSU4πkd可知，极板与指纹峪(凹的部分，d大，电容小)构成的电容器上的电荷较少，所以在峪处形成的电容器放电过程中放电时间短，放电快；反之，在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，放电时间长，C3.(多选)(2023年深圳二模)如图所示，G为静电计，M、N为平行板电容器的极板，开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度.若不考虑静电计引起的电荷量变化，则下列说法正确的是()A.保持开关S闭合，将两极板间距减小，两极板间的电场强度E1增大B.保持开关S闭合，将滑动变阻器R的滑片P向左移动，静电计指针张开角度变大C.断开开关S后，紧贴N极板插入金属板，静电计指针张开角度变小D.断开开关S后，将两极板间距增大，两极板间的电势差U减小【答案】AC【解析】保持开关S闭合，滑动变阻器R仅仅充当导线功能，电容器两极板间的电势差U不变，滑动变阻器R的滑片P向左移动不会影响静电计指针张角，静电计指针张开角度不变，将两极板间距d减小，由E1＝Ud可知，两极板间的电场强度E1增大，A正确，B错误；断开开关S后，电容器的带电荷量Q不变，若紧贴N极板插入金属板，相当于两极板间距d减小，根据C＝εrS4πkd，可知电容C增大，根据C＝QU可知，两极板间的电势差U减小，静电计指针张开角度变小，若将两极板间距d增大，电容C减小，两极板间电势差U4.(2023年深圳调研)用电流传感器研究电容器充放电现象，电路如图所示.电容器不带电，闭合开关S1，待电流稳定后再闭合开关S2，通过传感器的电流随时间变化的图像是()A BC D【答案】A【解析】闭合开关S1后，电容器充电，电容器电压与电源电压差值越来越小，则通过传感器的电流越来越小，充电完成后，电容器电压等于电源电压，此时电路中电流为零；再闭合开关S2，因为电容器电压大于R2电压，则电容器放电，电容器电压与R2电压差值越来越小，则通过传感器的电流越来越小，且电流方向与开始充电时的方向相反，当电容器电压等于R2电压，此时电路中电流为零.5.如图所示，平行板电容器两极板的间距为d，极板与水平面成45°角，上极板带正电.一电荷量为q(q>0)的粒子在电容器中靠近下极板处，以初动能Ek0竖直向上射出.不计重力，极板尺寸足够大，若粒子能打到上极板，则两极板间电场强度的最大值为()A.Ek04qd B.Ek02【答案】B【解析】粒子做曲线运动，如图所示.当电场足够大时，粒子到达上极板时速度方向恰好与上板平行，将粒子初速度v0分解为垂直于极板的vy和平行于极板的vx，当vy＝0时，粒子的速度正好与上极板平行，则－vy2＝－2qEmd，由于vy＝v0cos45°，Ek0＝12mv026.(多选)(2023年海南模拟)如图所示，空间存在着方向竖直向下的匀强电场，光滑斜面AB与粗糙绝缘水平地面平滑连接，斜面AB与水平面的夹角α＝37°.质量为m＝0.5kg、电荷量为q的带正电小物块(可视为质点)从A点由静止释放，经过B点后进入水平面，最后停在C点.若小物块经过B点前后速度大小不变，电场强度大小为E＝mgq，lAB＝24m，lBC＝36m，重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，下列说法正确的是()A.小物块在斜面上运动的加速度大小为6m/s2B.小物块从A点运动到C点所用的时间为5sC.小物块与水平地面间的动摩擦因数为0.4D.小物块从A点运动到C点，静电力所做的功等于系统内能的增加量【答案】BC【解析】由牛顿第二定律，可得小物块在斜面上运动的加速度大小为a＝(mg＋qE)sinαm＝12m/s2，A错误；小物块从A点运动到B点，有lAB＝12at12，所用的时间为t1＝2s，到B点的速度为v＝at1＝24m/s，小物块从B点运动到C点，有lBC＝v2t2，所用的时间为t2＝3s，则小物块从A点运动到C点所用的时间为t＝t1＋t2＝5s，B正确；小物块在水平地面上的加速度a'＝vt2＝8m/s2，由牛顿第二定律μ(mg＋qE)＝ma'，可得小物块与水平地面间的动摩擦因数为μ＝0.4，C正确；小物块从A点运动到C点，静电力和重力做正功，摩擦力做负功，由WG＋W综合提升练习7.(2023年深圳中学模拟)场致发射显微镜能够用来分析样品的原子排列，其核心结构如图，金属针与荧光膜之间加上高电压，形成辐射状电场，电子分别位于A点与B点时，下列关于电子所受到的电场力和具有的电势能判断正确的是()A.FA＝FB，EpA＝EpB B.FA＝FB，EpA<EpBC.FA>FB，EpA>EpB D.FA>FB，EpA<EpB【答案】C【解析】根据沿电场线方向电势降低，A点距圆心更近，B点距圆心较远，可以判断电势φA<φB，根据φ＝Epq，可知EpA>EpB.根据电场线的疏密可以判断电场强度，A点周围的电场线比B点周围的电场线密集，所以A、B两点的电场强度EA>EB.根据F＝Eq，可知FA>FB，C8.(2023年广州模拟)如图是带有转向器的粒子直线加速器，转向器中有辐向电场，A、B接在电压大小恒为U的交变电源上.质量为m、电量为＋q的离子，以初速度v0进入第1个金属圆筒左侧的小孔.离子在每个筒内均做匀速直线运动，时间均为t；在相邻两筒间的缝隙内被电场加速，加速时间不计