2020屆高考物理一輪 專題18 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新課標(biāo)
《2020屆高考物理一輪 專題18 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新課標(biāo)》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020屆高考物理一輪 專題18 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新課標(biāo)(23頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、2020屆高三新課標(biāo)物理一輪原創(chuàng)精品學(xué)案 專題18 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 課時(shí)安排:3課時(shí) 教學(xué)目標(biāo):1.理解電容器的電容,掌握平行板電容器的電容的決定因素 2.熟練應(yīng)所學(xué)電場(chǎng)知識(shí)分析解決帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題. 3.掌握示波管工作原理. 4.運(yùn)用靜電場(chǎng)的有關(guān)概念和規(guī)律解決物理問(wèn)題 本講重點(diǎn):1.電容器的電容,平行板電容器的電容的決定因素 2.帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 本講難點(diǎn):電容器的電容 考點(diǎn)點(diǎn)撥:1.對(duì)電容的理解 2.平行板電容器電容的決定因素 3.電容器的動(dòng)態(tài)分析 4.電容器與恒定電流相聯(lián)系 5.帶電粒子在電場(chǎng)中的平衡問(wèn)題 6.帶電
2、粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題 7.帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題 8.帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題 第一課時(shí) (3)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) 如圖所示,質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長(zhǎng)為L(zhǎng)版間距離為d的平行版電容器間,兩板間電壓為 U,求射出時(shí)的偏移、偏轉(zhuǎn)角. U L d v0 m,q y vt θ θ ①側(cè)移:__________________千萬(wàn)不要死記公式,要清楚物理過(guò)程,根據(jù)不同的已知條件,結(jié)論改用不同的表達(dá)形式(已知初速度、初動(dòng)能、或加速電壓等). ②偏轉(zhuǎn)角:__________________注意
3、穿出時(shí)刻的末速度的反向延長(zhǎng)線與初速度方向交于中點(diǎn)位置,以上結(jié)論適用于帶電粒子能從勻強(qiáng)磁場(chǎng)中穿出的情況.如果帶電粒子沒(méi)有從電場(chǎng)中穿出,此時(shí)水平位移不再等于板長(zhǎng)L,應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行分析. (二)重難點(diǎn)闡釋 5.帶電微粒在電場(chǎng)和重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 一般提到的帶電粒子由于重力遠(yuǎn)小于它在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力,所以其重力往往忽略不計(jì),但當(dāng)帶電體(或微粒)的重力跟電場(chǎng)力大小相差不大時(shí),就不能忽略重力的作用了,這樣的帶電微粒在電場(chǎng)中可能處于靜止,也可能做直線運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng). 處理此類問(wèn)題的基本思路,一是電場(chǎng)力當(dāng)作力學(xué)中的一個(gè)力看待,然后按研究力學(xué)問(wèn)題的基本方法,從力和運(yùn)動(dòng)或能量轉(zhuǎn)換兩條途徑展開(kāi);二是把
4、該物體看作處于電場(chǎng)和重力場(chǎng)同時(shí)存在的復(fù)合場(chǎng)中,對(duì)于這兩種不同性質(zhì)的場(chǎng),同樣可以用場(chǎng)強(qiáng)疊加原理處理. 二、高考要點(diǎn)精析 (一)對(duì)電容的理解 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量.由電容器本身的介質(zhì)特性與幾何尺寸決定,與電容器是否帶電,帶電量的多少、板間電勢(shì)差的大小等均無(wú)關(guān). 【例1】對(duì)電容C=Q/U,以下說(shuō)法正確的是: A.電容器充電量越大,電容增加越大 B.電容器的電容跟它兩極所加電壓成反比 C.電容器的電容越大,所帶電量就越多 D.對(duì)于確定的電容器,它所充的電量跟它兩極板間所加電壓的比值保持不變 解析:電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量,與電容器是否帶電,
5、帶電量的多少、板間電勢(shì)差的大小等均無(wú)關(guān).故D正確. 答案:D ☆考點(diǎn)精煉 1.某一電容器標(biāo)注的是:“300V,5μF”,則下述說(shuō)法正確的是 ( ) A.該電容器可在300V以下電壓正常工作 B.該電容器只能在300V電壓時(shí)正常工作 C.電壓是200V時(shí),電容仍是5μF D.使用時(shí)只需考慮工作電壓,不必考慮電容器的引出線與電源的哪個(gè)極相連 (二)平行板電容器電容的決定因素 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 平行板電容器的電容與板間距離d成反比,與兩半正對(duì)面積S成正比,與板間介質(zhì)的介電常數(shù)成正比,其決定式是: ☆考點(diǎn)精煉 金屬芯線 導(dǎo)電液體 電介質(zhì) h 2.1999年7月12日
6、日本原子能公司所屬敦賀灣核電站由于水管破裂導(dǎo)致高輻射冷卻劑外流,在檢測(cè)此次重大事故中應(yīng)用了非電量變化(冷卻劑 外泄使管中液面變化)轉(zhuǎn)移為電信號(hào)的自動(dòng)化測(cè)量技術(shù).圖是一種通過(guò)檢測(cè)電容器電容的變化來(lái)檢測(cè)液面高低的儀器原理圖,容器中裝有導(dǎo)電液體,是電容器的一個(gè)電極,中間的芯柱是電容器的另一個(gè)電極,芯柱外面套有絕緣管(塑料或橡皮)作為電介質(zhì),電容器的兩個(gè)電極分別用導(dǎo)線接在指示器上,指示器上顯示的是電容的大小,但從電容的大小就可知容器中液面位置的高低,為此,以下說(shuō)法中正確的是 A.如果指示器顯示出電容增大了,則兩電極正對(duì)面積增大,必液面升高 B.如果指示器顯示電容減小了,則兩電極正對(duì)面積增大,必液面
7、升高 C.如果指示器顯示出電容增大了,則兩電極正對(duì)面積減小,液面必降低 D.如果指示器顯示出電容減小了,則兩電極正對(duì)面積增大,液面必降低 (三)電容器的動(dòng)態(tài)分析 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 平行板電容器動(dòng)態(tài)分析這類問(wèn)題的關(guān)鍵在于弄清哪些是變量,哪些是不變量,在變量中哪些是自變量.哪些是因變量,同時(shí)注意理解平行板電容器演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì),一般分兩種基本情況:一是電容器兩極板的電勢(shì)差U保持不變(與電源連接);二是電容器的帶電量Q保持不變(與電源斷開(kāi)) 電容器和電源連接如圖,改變板間距離、改變正對(duì)面積或改變板間電解質(zhì)材料,都會(huì)改變其電容,從而可能引起電容器兩板間電場(chǎng)的變化.這里一定要分清兩種常見(jiàn)的變化:
8、 K (1)電鍵K保持閉合,則電容器兩端的電壓恒定(等于電源電動(dòng)勢(shì)),這種情況下帶電量而 (2)充電后斷開(kāi)K,保持電容器帶電量Q恒定,這種情況下 【例4】一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi),負(fù)極板接地,在兩極板間有一正電荷(電量很?。┕潭ㄔ赑點(diǎn),如圖所示,以E表示兩極板間的場(chǎng)強(qiáng),U表示電容器的電壓,W表示正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能.若保持負(fù)極板不動(dòng),將正極板移到圖中虛線所示的位置,則( ?。? A.U變小,E不變 P + - B.E變大,W變大 C.U變小,W不變 D.U不變,W不變 解析:當(dāng)平行板電容器充電后與電源斷開(kāi)時(shí),對(duì)有關(guān)物理量變化的討論,要注意板間場(chǎng)強(qiáng)的一個(gè)特點(diǎn): ,即對(duì)
9、于介質(zhì)介電常數(shù)為ε的平行板電容器而言,兩極間場(chǎng)強(qiáng)只與極板上單位面積的帶電量成正比. 帶電量Q不變,兩極間場(chǎng)強(qiáng)E保持不變,由于板間d距離減小,據(jù)可知,電容器的電壓變?。捎趫?chǎng)強(qiáng)E保持不變,因此,P點(diǎn)與接地的負(fù)極板即與地的電勢(shì)差保持不變,即點(diǎn)P的電勢(shì)保持不變,因此電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能W保持不變.所以本題應(yīng)選AC. 答案:AC 第二課時(shí) (四)電容器與恒定電流相聯(lián)系 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 在直流電路中,電容器的充電過(guò)程非常短暫,除充電瞬間以外,電容器都可以視為斷路.應(yīng)該理解的是:電容器與哪部分電路并聯(lián),電容器兩端的電壓就必然與哪部分電路兩端電壓相等. 解析:開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),電容、兩
10、端電壓相等,均為E,因?yàn)椋芍?,即,所以①正確;當(dāng)開(kāi)關(guān)K接通時(shí),與串聯(lián),通過(guò)R1和R2的電流相等,與并聯(lián),與并聯(lián),故的電壓為,的電壓為又,又,,所以即兩電容的電量相等;所以正確選項(xiàng)應(yīng)為A. 答案:A (五)帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的平衡問(wèn)題 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 在歷年高考試題中,常常是電場(chǎng)知識(shí)與力學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)考查.解答這一類題目的關(guān)鍵還是在力學(xué)上.當(dāng)帶電體在電場(chǎng)中處于平衡狀態(tài)時(shí),只要在對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí),注意分析帶電體所受的電場(chǎng)力,再應(yīng)用平衡條件即可求解. ☆考點(diǎn)精煉 6.質(zhì)量為m的帶正電小球A懸掛在絕緣細(xì)線上,且處在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,當(dāng)小球A靜止時(shí),細(xì)線與豎直方向成30°
11、角,已知此電場(chǎng)方向恰使小球受到的電場(chǎng)力最小,則小球所帶的電量應(yīng)為 A. B. C. D. (六)帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 對(duì)于此類問(wèn)題,首先對(duì)物體受力分析,進(jìn)而分析物體的運(yùn)動(dòng)情況(加速或減速,是直線還是曲線運(yùn)動(dòng)等),常常用能量的觀點(diǎn)求解. (1)若選用動(dòng)能定理,則要分清有多少個(gè)力做功,是恒力功還是變力功,以及初態(tài)和末態(tài)的動(dòng)能增量. (2)若選用能量守恒定律,則要分清有多少種形式的能在轉(zhuǎn)化,哪種能量是增加的,那種能量是減少的. ☆考點(diǎn)精煉 7.如圖所示,兩平行金屬板豎直放置,左極板接地,中間有小孔.右極板電勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律
12、如圖所示.電子原來(lái)靜止在左極板小孔處.(不計(jì)重力作用)下列說(shuō)法中正確的是 -U0 U0 O T 2T t φ A.從t=0時(shí)刻釋放電子,電子將始終向右運(yùn)動(dòng),直到打到右極板上 B.從t=0時(shí)刻釋放電子,電子可能在兩板間往復(fù)運(yùn)動(dòng) C.從t=T/4時(shí)刻釋放電子,電子可能在兩板間振動(dòng),也可能打到右極板上 D.從t=3T/8時(shí)刻釋放電子,電子必將打到左極板上 第三課時(shí) (七)帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 U L d v0 m,q y vt θ θ 如圖所示,質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長(zhǎng)
13、L板間距離為d的平行板電容器間,兩板間電壓為U,求射出時(shí)的側(cè)移、偏轉(zhuǎn)角和動(dòng)能增量等. 解題方法:分解為兩個(gè)獨(dú)立的分運(yùn)動(dòng):平行極板的勻速運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)時(shí)間由此分運(yùn)動(dòng)決定),垂直極板的勻加速直線運(yùn)動(dòng),,,.偏角:,推論:. 穿越電場(chǎng)過(guò)程的動(dòng)能增量:ΔEK=qEy (注意,一般來(lái)說(shuō)不等于qU) ☆考點(diǎn)精煉 (八)帶電粒子(或帶電體)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 當(dāng)帶電體的重力和電場(chǎng)力大小可以相比時(shí),不能再將重力忽略不計(jì).這時(shí)研究對(duì)象經(jīng)常被稱為“帶電微?!?、“帶電塵埃”、“帶電小球”等等.這時(shí)的問(wèn)題實(shí)際上變成一個(gè)力學(xué)問(wèn)題,只是在考慮能量守恒的時(shí)候需要考
14、慮到電勢(shì)能的變化. - + O C 【例9】 已知如圖,水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場(chǎng).一根長(zhǎng)l的絕緣細(xì)繩一端固定在O點(diǎn),另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球.小球原來(lái)靜止在C點(diǎn).當(dāng)給小球一個(gè)水平?jīng)_量后,它可以在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).若將兩板間的電壓增大為原來(lái)的3倍,求:要使小球從C點(diǎn)開(kāi)始在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),至少要給小球多大的水平?jīng)_量?在這種情況下,在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)繩所受的最大拉力是多大? 考點(diǎn)精煉參考答案 1.AC 2.A (該儀器類似于平行板電容器,且芯柱進(jìn)入液體深度h越大,相當(dāng)于兩平行板的正對(duì)面積越大,電容越大.) 3.①選B,②選C. 4.減小
15、,增大,減小 7.AC 解析:從t=0時(shí)刻釋放電子,如果兩板間距離足夠大,電子將向右先勻加速T/2,接著勻減速T/2,速度減小到零后,又開(kāi)始向右勻加速T/2,接著勻減速T/2……直到打在右極板上.電子不可能向左運(yùn)動(dòng);如果兩板間距離不夠大,電子也始終向右運(yùn)動(dòng),直到打到右極板上.從t=T/4時(shí)刻釋放電子,如果兩板間距離足夠大,電子將向右先勻加速T/4,接著勻減速T/4,速度減小到零后,改為向左先勻加速T/4,接著勻減速T/4.即在兩板間振動(dòng);如果兩板間距離不夠大,則電子在第一次向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就有可能打在右極板上.從t=3T/8時(shí)刻釋放電子,如果兩板間距離不夠大,電子將在第一次向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就打在
16、右極板上;如果第一次向右運(yùn)動(dòng)沒(méi)有打在右極板上,那就一定會(huì)在第一次向左運(yùn)動(dòng)過(guò)程中打在左極板上. 三、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練 1.對(duì)于給定的電容器,描述其電容C、電量Q、電壓U之間相應(yīng)關(guān)系的圖應(yīng)是圖1中的 ( ) G + - 4.傳感器是一種采集信息的重要器件.如圖所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器,A為固定電極,B為可動(dòng)電極,組成一個(gè)電容大小可變的電容器.可動(dòng)電極兩端固定,當(dāng)待測(cè)壓力施加在可動(dòng)電極上時(shí),可動(dòng)電極發(fā)生形變,從而改變了電容器的電容.現(xiàn)將此電容式傳感器與零刻度在中央的靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路,已知電流從電流計(jì)正接線柱流入
17、時(shí)指針向右偏轉(zhuǎn).當(dāng)待測(cè)壓力增大時(shí)( ) A.電容器的電容將減小 B.電容器的帶電量將增大 C.靈敏電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn) D.靈敏電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn) 5.如圖所示,讓平行板電容器帶電后,靜電計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)一定角度,若不改變兩極板帶的電量而減小兩極板間的距離,同時(shí)在兩極板間插入電介質(zhì),那么靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度( ) A、一定減小 B、一定增大 C、一定不變 D、可能不變 9.某物理工作者設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn),用已知的質(zhì)量為、電量為的粒子,令其垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入一區(qū)域?yàn)榫匦蔚碾妶?chǎng),如圖所示,電場(chǎng)方向與平行且豎直向上,粒子第
18、一次是在靠近矩形的下邊進(jìn)入的,而恰好從b點(diǎn)飛出.然后,保持電場(chǎng)大小不變,讓方向變得相反,再令粒子以同樣的速度從靠近上邊垂直進(jìn)入電場(chǎng),則正好從下邊的中點(diǎn)處飛出.試根據(jù)以上信息求出電場(chǎng)強(qiáng)度. 11.在方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,絕緣細(xì)線的一端連著一個(gè)質(zhì)量為m的帶電小球,另一端懸掛于O點(diǎn).將小球拿到A點(diǎn)(此時(shí)細(xì)線與電場(chǎng)方向平行)無(wú)初速釋放,已知小球擺到B點(diǎn)時(shí)速度為零,此時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角為θ=30°,求: (1)小球的平衡位置. (2)小球經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)細(xì)線對(duì)小球的拉力.
19、 考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練參考答案 1. B 2.BCD 3.B(洛倫茲力不做功,電場(chǎng)力做功大小相等,由動(dòng)能定理得,,,可得B正確.) 9.解:設(shè)矩形區(qū)域的長(zhǎng)為,寬為,場(chǎng)強(qiáng)為. 粒子第一次飛入電場(chǎng),水平方向有: ① (2分) 豎直方向有: ② (2分) 粒子在豎直方向受到方向相反的重力和電場(chǎng)力作用,由牛頓第二定律得 ③ (2分) 粒子第二次飛入電場(chǎng),水平方向有: ④ (2分) 豎直方向有: ⑤ (2分) 粒子在豎直方向受到同方向的重力和電場(chǎng)力作用,由牛頓第二定律得: ⑥ (2分) 由以上各式聯(lián)立求解得: (2分) 12.(1)設(shè)電子經(jīng)電壓U1加速后的速度為v0,根據(jù)動(dòng)能定理得: e U1= 解得: 13.第3 s內(nèi)所加電場(chǎng)方向指向第三象限,與x軸與225°角;小球速度變?yōu)榱愕奈恢? (0.40 m,0.20 m).小球在第1 s內(nèi)沿x軸正方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng);第2 s內(nèi)沿x軸正方向做勻速運(yùn)動(dòng),沿y軸正方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng);第3 s內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng),至速度減小到零
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