《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

静电场第七章

第3讲电容器带电粒子在电场中的运动(本讲对应系统用书P159)栏目导航01知识

梳理查漏02题点

各个击破03配套训练知识梳理查漏1知识一

电容器、电容1.电容器(1)组成：由两个彼此

又互相

的导体组成.

(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的___________.绝缘靠近绝对值(3)充、放电：①充电：把电容器接在电源上后，电容器两个极板分别带上等量的____________的过程.充电后，两极板上的电荷由于互相吸引而保存下来；两极板间有

存在.充电过程中从电源获得的

储存在电容器中.

②放电：用导线将充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷____________的过程.放电后的两极板间不再有电场，____________转化为其他形式的能量.

异种电荷电场电能中和电场能2.电容(1)定义：电容器所带的____________与电容器两极板间的电势差U的比值.

(2)意义：表示电容器________________________的物理量.

(3)定义式：____________.

(4)单位：1F(法拉)＝1C/V＝

μF(微法)＝

pF(皮法).

电荷量Q

容纳电荷本领

106

10123.平行板电容器的电容(1)决定因素：平行板电容器的电容C与两极板间的电介质的相对介电常数εr成

，与正对面积S成

，与极板间的距离d成

.

(2)决定式：____________.

正比正比反比

【自测1】某电容器的电容是30μF，额定电压为200V，击穿电压为400V，对于该电容器，下列说法正确的是()A.为使它的两极板间的电压增加1V，所需要的电荷量是3×10－5CB.给电容器带1C的电荷量，两极板间的电压为3×10－5VC.该电容器能容纳的电荷量最多为6×10－3CD.该电容器两极板间能承受的最大电压为200VA

qEd

qU2.带电粒子在匀强电场中的偏转(1)条件：以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场，仅受电场力.(2)运动形式：____________运动.

类平抛(3)处理方法：运动的合成与分解.

匀速直线运动匀加速直线

A

题点各个击破2命题点一理解电容器的定义式和决定式［自修掌握类］

例1下列关于电容器的描述，正确的是()A.图甲为电容器充电示意图，充完电后电容器上极板带正电，两极板间的电压U等于电源的电动势EB.图乙为电容器放电示意图，若电容器上极板带电量为＋Q，则放电过程中通过安培表的电流方向为从右向左，流过的总电量为2QC.图丙为电解电容器的实物图和符号，图丁为可变电容器及其符号，两种电容使用时都严格区分正负极D.图戊中的电容器上有“5.5V

1.0F”字样，说明该电容器只有两端加上5.5V的电压时电容才为1.0FA

【解析】图甲为电容器充电过程，充完电后电容器上极板与电源的正极相连，同时两极板间的电压

U

等于电源的电动势E，A正确；图乙为电容器放电过程，若电容器上极板带电量为＋Q，则放电过程中通过安培表的电流方向为从右向左，且流过的总电量为Q，B错误；图丙为电解电容器的实物图和符号，图丁为可变电容器及其符号，前者电容器使用时严格区分正负极，后者没有，C错误；图戊中的电容器上有“5.5

V

1.0

F”字样，说明该电容器两端电压最大值为5.5

V，而电容与电容器的电压及电量均无关，总为1.0

F，D错误.1.根据大量科学测试可知，地球本身就是一个电容器.通常大地带有50万库仑左右的负电荷，而地球上空存在一个带正电的电离层，这两者之间便形成一个已充电的电容器，它们之间的电压为300kV左右.地球的电容约为()A.0.17F B.1.7F C.17F D.170F

B

B命题点二平行板电容器的动态分析［师生共研类］

2.两类动态变化问题(1)第一类动态变化：两极板间电压U恒定不变.(2)第二类动态变化：电容器所带电荷量Q恒定不变.例2如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地，静电计所带电量很少，可被忽略.一带负电油滴被固定于电容器中的P点，现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则()A.平行板电容器的电容值将变大B.静电计指针张角变小C.带电油滴的电势能将增大D.若先将上极板与电源正极的导线断开，再将下极板向下移动一小段距离，则带电油滴所受电场力不变D

1.水平放置的平行板电容器与一电池相连，在电容器的两板间有一带正电的质点处于静止平衡状态，现将电容器两板间的距离增大，则()A.电容变大，质点向上运动B.电容变大，质点向下运动C.电容变小，质点保持静止D.电容变小，质点向下运动D

2.(多选)如图所示，平行板电容器两极板水平放置，现将其与二极管串联接在电动势为E的直流电源上，电容器下极板接地，静电计所带电量可忽略，二极管具有单向导电性.闭合开关S，一带电油滴恰好静止于两板间的P点，则下列说法正确的是()A.在两板间放入陶瓷片，平行板电容器的电容将变大B.在两板间放入与极板等大的金属片，静电计指针张角变小C.现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，带电油滴的电势能将减少D.现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，油滴将向下运动AC

3.研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示.下列说法正确的是()A.实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电B.实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小C.实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大D.实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大A

命题点三带电粒子在电场中的运动［师生共研类］1.带电粒子在电场中做直线运动的分析方法

例3

(多选)(2021年全国卷Ⅱ)四个带电粒子的电荷量和质量分别为(＋q，m)、(＋q，2m)、(＋3q，3m)、(－q，m)，它们先后以相同的速度从坐标原点O沿x轴正方向射入一匀强电场中，电场方向与y轴平行，不计重力.下列描绘这四个粒子运动轨迹的图像中，可能正确的是()AD

1.(2023年清远模拟)如图所示，竖直平面内固定一个光滑绝缘圆环，圆心为O，光滑绝缘轻杆AC是圆环的直径，光滑绝缘轻杆AB是圆环的弦，AC、AB与水平方向的夹角分别为45°和60°，圆环所在空间有匀强电场(图中未画出).质量均为m的带电小球(可视为质点)穿在杆AB、AC上，分别从B、C点沿BA、CA由静止下滑到A点所用的时间相等.不考虑两小球间的影响，则()A.小球一定都带负电B.圆周上C点电势一定最高C.电场强度方向一定由C指向AD.小球受到的电场力大小可能等于重力大小D【解析】小球分别从B、C点沿BA、CA由静止下滑到A点的时间相等，圆环为等时圆，A点为等效最低点，重力与电场力的合力一定沿CA方向，电场方向未知，A、B、C错误；当电场方向水平、小球受到的电场力水平向左时，小球受到的电场力大小等于重力大小，D正确.2.(2023年江西模拟)如图所示，在竖直向上的匀强电场中，A球位于B球的正上方，质量相等的两个小球以相同初速度水平抛出，它们最后落在水平面上同一点，其中只有一个小球带电，不计空气阻力，下列判断不正确的是()A.如果A球带电，则A球一定带负电B.如果A球带电，则A球的电势能一定增加C.如果B球带电，则B球一定带正电D.如果B球带电，则B球的电势能一定增加B

3.(2023年淄博模拟)如图甲，O、P为光滑绝缘水平面上一条电场线上的两点，两点相距0.3m，电场线上各点的电势φ随距O点的距离x变化的关系如图乙所示.图中斜虚线为图线在点P(0.3m，200V)的切线，切线与x轴交于0.5m处.现将一质量1×10－3kg、电荷量大小2×10－6C的小物块从O点静止释放，向P点运动，下列说法正确的是()A.该物块带负电B.该物块在P点的电势能比在O点的电势能大C.该物块运动到P点时，加速度大小为20m/s2D.该物块运动到P点时，速度大小为1m/sD

4.如图所示，A、B和C、D分别为两平行金属板，A、B两板间电势差为U，C、D始终与电源相连，测得CD间的场强为E.一质量为m、电荷量为q的带电粒子(重力不计)由静止开始，经A、B加速后穿过C、D发生偏转，最后打在荧光屏上.已知C、D极板长均为x，荧光屏距C、D右端的距离为L，问：(1)粒子带正电还是带负电？(2)粒子打在荧光屏上的位置距O点多远？(3)粒子打在荧光屏上时的动能为多大？解：(1)粒子向下偏转，电场力向下，电场强度方向也向下，所以粒子带正电.(2)粒子打在荧光屏上的位置距O点多远？

(3)粒子打在荧光屏上时的动能为多大？

命题点四示波管的原理及应用［师生共研类］1.构造及功能(如图所示)(1)电子枪：发射并加速电子.(2)偏转电极YY'：使电子束竖直偏转(加信号电压)；XX'：使电子束水平偏转(加扫描电压).(3)荧光屏.2.原理(1)YY'作用：被电子枪加速的电子在YY'电场中做匀变速曲线运动，飞出电场后做匀速直线运动打到荧光屏上，Y'随信号电压同步调变化，但由于视觉暂留及荧光物质的残光特性看到一条竖直亮线.如何使这一竖直亮线转化成正弦图形呢？(加扫描电压.)(2)XX'作用：如果只在偏转电极XX'上加电压，亮斑就在水平方向发生偏移.加上扫描电压，一周期内，信号电压也变化一周期，荧光屏上将出现一完整的正弦图形.例4图甲为示波管的原理图.如果在电极XX'之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极YY'之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是()D1.喷墨打印机的简化模型如图所示.墨盒可以喷出质量一定的墨汁微粒，经带电室带负电后，以一定的初速度垂直射入偏转电场，再经偏转电场后打到纸上，显示出字符.已知墨汁微粒所带电荷量的多少由计算机的输入信号按照文字的排列规律进行控制，微粒偏移量越小，打在纸上的字迹越小，则从墨汁微粒进入偏转电场开始到打到纸上的过程中(不计墨汁微粒的重力)，以下说法正确的是()A.墨汁微粒的轨迹是抛物线B.电量相同的墨汁微粒轨迹相同C.墨汁微粒的运动轨迹与带电量无关D.减小偏转极板间的电压，可以缩小字迹D

2.如图所示为一真空示波管，电子从灯丝K发出(初速度不计)，经灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P点.已知M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，电子的质量为m，电荷量为e.求：(1)电子穿过A板时的速度vA的大小；(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y的大小；(3)电子从偏转电场射出时的偏转角θ的正切值；(4)P点到O点的距离yOP；(5)写出一个可以使电子打在屏上的距离yOP变大的方法；(6)若U2的值任意，求电子打在屏上的距离yOP的最大值ym的大小.(1)电子穿过A板时的速度vA的大小；

(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y的大小；(3)电子从偏转电场射出时的偏转角θ的正切值；(4)P点到O点的距离yOP；

(5)写出一个可以使电子打在屏上的距离yOP变大的方法；(6)若U2的值任意，求电子打在屏上的距离yOP的最大值ym的大小.

小实验*观察电容器的充、放电现象［师生共研类］1.实验过程(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和触点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和触点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.2.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.例5某同学按照如图甲所示电路图连接了电路，利用电流传感器研究电容器的充电和放电过程，先使开关S接1，电容器充电完毕后将开关掷向2，可视为理想电流表的电流传感器将电流信号传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I－t曲线，如图乙所示.定值电阻R已知，且从图中可读出最大放电电流I0以及图线与坐标轴围成的面积S，但电源电动势、内电阻、电容器的电容均未知，下列说法正确的是()A.根据题目所给的信息能求出电源电动势和内电阻B.电容器放电过程中电阻R两端的电压变大C.根据题目所给的信息能求出电容器的电容D.由计算机采集的电流可知流过电阻R的电流方向规定向右为正C

1.在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图甲所示电路图连接电路.电源电动势为8.0V，内阻可以忽略.单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻改接1，一段时间后再改接2.实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况.(