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2024版新教材高考物理全程一轮总复习第九章静电场及其应用静电场中的能量第3讲电容器的电容带电粒子在电场中的运动课件
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这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习第九章静电场及其应用静电场中的能量第3讲电容器的电容带电粒子在电场中的运动课件，共48页。PPT课件主要包含了必备知识·自主落实，关键能力·精准突破，绝对值，异种电荷，电场能，电荷量Q，电势差U，容纳电荷，正对面积，相对介电常数等内容，欢迎下载使用。
课 程 标 准1.能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象．2．认识示波管，知道示波管的工作原理．3．观察常见的电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用．
素 养 目 标物理观念：知道电容器的概念，认识常见的电容器，知道带电粒子在电场中加速和偏转的原理．科学思维：理解电容的定义式和决定式，并会应用其分析、讨论、解决问题，理解带电粒子在匀强电场中的运动规律，会分析、计算加速和偏转问题．科学探究：观察电容器的充、放电现象，通过对示波管的构造和工作原理的认识，进一步理解加速和偏转问题．
一、常见电容器 电容器的电压、电荷量和电容的关系1．常见的电容器：(1)组成：由两个彼此________又相距________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 充电过程Q、U、E均增大，放电过程反之
二、带电粒子在匀强电场中的运动1．做直线运动的条件：(1)粒子所受合外力F合＝0，粒子________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________________或匀减速直线运动．2．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，仅受静电力．(2)运动性质：匀变速曲线运动． 类平抛运动(3)处理方法：运动的分解．①沿初速度方向：做________运动．②沿电场方向：做初速度为零的__________运动．
走进生活如图所示，指纹传感器在一块半导体基板上有大量相同的小极板，外表面绝缘．当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凸凹不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，若每个电容器的电压保持不变，则
(1)指纹的凸点处与小极板距离近，电容小．( )(2)指纹的凸点处与小极板距离近，电容大．( )(3)手指挤压绝缘表面，电容电极间的距离减小，小极板带电量增大．( )(4)手指挤压绝缘表面，电容电极间的距离减小，小极板带电量减小．( )
针 对 训 练1.[2023·安徽省合肥市高三检测](多选)下图所示的实验中，极板所带电荷量为Q，已知两极板正对面积为S、间距为d，平行板电容器的电容为C，静电计指针偏角为θ，则下列判断正确的是( )A．若保持S不变，仅增大d，则θ变小B．若保持S不变，仅增大d，则C变小C．若保持d不变，仅减小S，则θ变大D．若保持d不变，仅减小S，则C变大
2.[2022·重庆卷]电容式加速传感器常用于触发汽车安全气囊等系统，如图所示．极板M、N组成的电容器视为平行板电容器，M固定，N可左右运动，通过测量电容器板间的电压的变化来确定汽车的加速度．当汽车减速时，极板M、N间的距离减小，若极板上的电荷量不变，则该电容器( )A．电容变小B．极板间电压变大C．极板间电场强度不变D．极板间电场强度变小
3．空中有些云层经长途飘行会吸附积累大量电荷，降低到靠近地面一两千米时，地面被感应出异种电荷，它们可在空中形成较强的电场，若是阴雨天，极易在一些高大树木或建筑物上突然放电，形成雷击．如图所示，现有一片短时间静止的带正电的云层，其与地面间的电场可近似为匀强电场．
有一滴带正电的雨滴从云层下表面由静止开始下落，假设雨滴的质量和所带的电荷量不变，受到的空气阻力与速度大小成正比，下列叙述正确的是( )A．云层与地面之间构成一个大电容器，云层所带电荷量越多，电容越大B．如果在建筑物的顶部加一段竖立的金属棒，则该金属棒可作为避雷针预防雷击C．雨滴的运动是匀加速运动，雨滴下落过程中电势能减小，动能增加D．雨滴一定先做加速度变小的运动，后来落地前可能已经做匀速运动，此匀速运动的速度大小随电场的增强而增大
针 对 训 练4.[2023·广东深圳调研]如图所示，竖直平面内两个带电小油滴a、b在匀强电场E中分别以速度v1、v2做匀速直线运动，不计空气阻力及两油滴之间的库仑力，下列说法正确的是( )A．a、b带异种电荷B．a比b的比荷大C．a的电势能减少，b的电势能增加D．沿v1方向电势增大，沿v2方向电势减小
例2 [2023·滨洲模拟]如图，静止于A处的粒子，经电压为U的加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，从P点垂直CN进入矩形区域的有界匀强电场，电场方向水平向左，静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，已知圆弧虚线所在处场强为E0，方向如图所示；粒子质量为m、电荷量为q；QN＝2d、PN＝3d，离子重力不计．
(1)求粒子离开加速度电场时的速度的大小及圆弧虚线对应的半径R的大小．(2)若粒子恰好能打在NQ的中点上，求矩形区域QNCD内匀强电场场强E的值．(3)若矩形区域内的电场强度与(2)中的电场强度相同，从A点静止释放粒子的电荷量为2q，其他不变，此粒子还是否仍能从P点进入上方的矩形电场区域？若不能，请说明理由；若能，计算打到NQ上的位置．
[教你解决问题] 拆解过程
规律方法解决带电粒子在电场中运动问题的基本思路及注意事项
针 对 训 练7.[2022·全国乙卷](多选)一种可用于卫星上的带电粒子探测装置，由两个同轴的半圆柱形带电导体极板(半径分别为R和R＋d)和探测器组成，其横截面如图(a)所示，点O为圆心．在截面内，极板间各点的电场强度大小与其到O点的距离成反比，方向指向O点.4个带正电的同种粒子从极板间通过，到达探测器．不计重力．粒子1、2做圆周运动，圆的圆心为O、半径分别为r1、r2(R
2．等效最高点与几何最高点在“等效力场”中做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题．小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点不一定是几何最高点，而应是等效最高点(如图所示)．
典例 如图所示，空间有一水平向右的匀强电场，电场强度的大小为E＝1.0×104 V/m.该空间有一个半径为R＝2 m的竖直光滑绝缘圆环的一部分，圆环与光滑水平面相切于C点，A点所在的半径与竖直直径BC成37°角．质量为m＝0.04 kg、电荷量为q＝＋6×10－5 C的带电小球2(可视为质点)静止于C点．轻弹簧一端固定在竖直挡板上，另一端自由伸长时位于P点．质量也为m＝0.04 kg的不带电小球1挨着轻弹簧右端，现用力缓慢压缩轻弹簧右端到P点左侧某点后释放．小球1沿光滑水平面运动到C点与小球2发生碰撞，碰撞时间极短，碰后两小球黏合在一起且恰能沿圆弧到达A点．P、C两点间距离较远，重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻力，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.求：(1)黏合体在A点的速度大小；(2)弹簧的弹性势能；(3)小球黏合体由A点到达水平面运动的时间．
课 程 标 准1.能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象．2．认识示波管，知道示波管的工作原理．3．观察常见的电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用．
素 养 目 标物理观念：知道电容器的概念，认识常见的电容器，知道带电粒子在电场中加速和偏转的原理．科学思维：理解电容的定义式和决定式，并会应用其分析、讨论、解决问题，理解带电粒子在匀强电场中的运动规律，会分析、计算加速和偏转问题．科学探究：观察电容器的充、放电现象，通过对示波管的构造和工作原理的认识，进一步理解加速和偏转问题．
一、常见电容器 电容器的电压、电荷量和电容的关系1．常见的电容器：(1)组成：由两个彼此________又相距________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 充电过程Q、U、E均增大，放电过程反之
二、带电粒子在匀强电场中的运动1．做直线运动的条件：(1)粒子所受合外力F合＝0，粒子________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________________或匀减速直线运动．2．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，仅受静电力．(2)运动性质：匀变速曲线运动． 类平抛运动(3)处理方法：运动的分解．①沿初速度方向：做________运动．②沿电场方向：做初速度为零的__________运动．
走进生活如图所示，指纹传感器在一块半导体基板上有大量相同的小极板，外表面绝缘．当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凸凹不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，若每个电容器的电压保持不变，则
(1)指纹的凸点处与小极板距离近，电容小．( )(2)指纹的凸点处与小极板距离近，电容大．( )(3)手指挤压绝缘表面，电容电极间的距离减小，小极板带电量增大．( )(4)手指挤压绝缘表面，电容电极间的距离减小，小极板带电量减小．( )
针 对 训 练1.[2023·安徽省合肥市高三检测](多选)下图所示的实验中，极板所带电荷量为Q，已知两极板正对面积为S、间距为d，平行板电容器的电容为C，静电计指针偏角为θ，则下列判断正确的是( )A．若保持S不变，仅增大d，则θ变小B．若保持S不变，仅增大d，则C变小C．若保持d不变，仅减小S，则θ变大D．若保持d不变，仅减小S，则C变大
2.[2022·重庆卷]电容式加速传感器常用于触发汽车安全气囊等系统，如图所示．极板M、N组成的电容器视为平行板电容器，M固定，N可左右运动，通过测量电容器板间的电压的变化来确定汽车的加速度．当汽车减速时，极板M、N间的距离减小，若极板上的电荷量不变，则该电容器( )A．电容变小B．极板间电压变大C．极板间电场强度不变D．极板间电场强度变小
3．空中有些云层经长途飘行会吸附积累大量电荷，降低到靠近地面一两千米时，地面被感应出异种电荷，它们可在空中形成较强的电场，若是阴雨天，极易在一些高大树木或建筑物上突然放电，形成雷击．如图所示，现有一片短时间静止的带正电的云层，其与地面间的电场可近似为匀强电场．
有一滴带正电的雨滴从云层下表面由静止开始下落，假设雨滴的质量和所带的电荷量不变，受到的空气阻力与速度大小成正比，下列叙述正确的是( )A．云层与地面之间构成一个大电容器，云层所带电荷量越多，电容越大B．如果在建筑物的顶部加一段竖立的金属棒，则该金属棒可作为避雷针预防雷击C．雨滴的运动是匀加速运动，雨滴下落过程中电势能减小，动能增加D．雨滴一定先做加速度变小的运动，后来落地前可能已经做匀速运动，此匀速运动的速度大小随电场的增强而增大
针 对 训 练4.[2023·广东深圳调研]如图所示，竖直平面内两个带电小油滴a、b在匀强电场E中分别以速度v1、v2做匀速直线运动，不计空气阻力及两油滴之间的库仑力，下列说法正确的是( )A．a、b带异种电荷B．a比b的比荷大C．a的电势能减少，b的电势能增加D．沿v1方向电势增大，沿v2方向电势减小
例2 [2023·滨洲模拟]如图，静止于A处的粒子，经电压为U的加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，从P点垂直CN进入矩形区域的有界匀强电场，电场方向水平向左，静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，已知圆弧虚线所在处场强为E0，方向如图所示；粒子质量为m、电荷量为q；QN＝2d、PN＝3d，离子重力不计．
(1)求粒子离开加速度电场时的速度的大小及圆弧虚线对应的半径R的大小．(2)若粒子恰好能打在NQ的中点上，求矩形区域QNCD内匀强电场场强E的值．(3)若矩形区域内的电场强度与(2)中的电场强度相同，从A点静止释放粒子的电荷量为2q，其他不变，此粒子还是否仍能从P点进入上方的矩形电场区域？若不能，请说明理由；若能，计算打到NQ上的位置．
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2．等效最高点与几何最高点在“等效力场”中做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题．小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点不一定是几何最高点，而应是等效最高点(如图所示)．
典例 如图所示，空间有一水平向右的匀强电场，电场强度的大小为E＝1.0×104 V/m.该空间有一个半径为R＝2 m的竖直光滑绝缘圆环的一部分，圆环与光滑水平面相切于C点，A点所在的半径与竖直直径BC成37°角．质量为m＝0.04 kg、电荷量为q＝＋6×10－5 C的带电小球2(可视为质点)静止于C点．轻弹簧一端固定在竖直挡板上，另一端自由伸长时位于P点．质量也为m＝0.04 kg的不带电小球1挨着轻弹簧右端，现用力缓慢压缩轻弹簧右端到P点左侧某点后释放．小球1沿光滑水平面运动到C点与小球2发生碰撞，碰撞时间极短，碰后两小球黏合在一起且恰能沿圆弧到达A点．P、C两点间距离较远，重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻力，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.求：(1)黏合体在A点的速度大小；(2)弹簧的弹性势能；(3)小球黏合体由A点到达水平面运动的时间．
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