2027届高三物理一轮复习课件：第九章　第45课时　电容器　带电粒子在电场中的直线运动(含解析)

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电容器　带电粒子在电场中的直线运动
1.知道电容器的基本构造，了解电容器的充电、放电过程。2.理解电容的定义及动态变化规律。3.掌握带电粒子在电场中做直线运动的规律。
考点二　带电粒子在电场中的直线运动
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。
　　　 (多选)闪电是由云层中所积累的电荷放电引起的，通常是云层底部带正电荷，云层下方的地面会感应出负电荷，当云层底部与地面间的电场强度增大到E0=5×105 V/m时会击穿空气，发生短时放电现象，形成闪电。某圆盘形云朵底部与地面的距离h=1×103 m，该云朵与地面间的电场强度恰好达到E0时发生闪电，放电电流随时间变化的简化函数图像如图所示。假设该次放电将云朵所带电荷全部放掉，云朵和地面构成的电容器可视为理想的平行板电容器。下列说法正确的是A.这次放电释放的总电荷量Q=5 CB.这次放电过程中的平均电流I=5×104 AC.该等效电容器的电容值C=1×10-8 FD.放电前该电容器存储的电能E=2.5×109 J
(多选)(2025·天津市一模)如图所示，两块较大的金属板A、B平行放置并与一个电源相连，其中板A接地(取大地电势φ=0)。S闭合后，两板间有一个质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态。以下说法正确的是A.保持S闭合，若将板A向上平移一小段位移， 则油滴向下加速运动，G中有b→a的电流B.保持S闭合，若将A板向左平移一小段位移 (油滴仍处于两极板之间)，则油滴仍然静止，G中有a→b的电流C.若将S断开，再将A板向左移动一小段位移，油滴向下运动D.若将S断开，再将B板向下平移一小段位移，油滴将仍然静止
(2025·黑吉辽蒙卷·4)如图，某压力传感器中平行板电容器内的绝缘弹性结构是模仿犰狳设计的，逐渐增大施加于两极板的压力F的过程中，F较小时弹性结构易被压缩，极板间距d容易减小；F较大时弹性结构闭合，d难以减小。将该电容器充电后断开电源，极板间电势差U与F的关系曲线可能正确的是
两类典型动态分析思路比较
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)要掌握静电力的特点。静电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。
(2022·北京卷·18)如图所示，真空中平行金属板M、N之间距离为d，两板所加的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板由静止释放。不计带电粒子的重力。(1)求带电粒子所受的静电力的大小F；
(2)求带电粒子到达N板时的速度大小v；
(2)粒子在板间运动的时间t'。
拓展　保持加速器筒长、加速电压不变，若要加速比荷更大的粒子，则要怎样调整交流电压的周期？
带电粒子在交变电场中直线运动的解题方法1.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。
2.思维方法(1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律)：抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的临界条件。(2)从两条思路出发：一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系。
4.在画速度—时间图像时，要注意以下几点：(1)带电粒子进入电场的时刻。(2)速度—时间图像的斜率表示加速度，因此加速度相同的运动的图像一定是平行的直线。(3)图线与时间轴围成的“面积”表示位移，且在横轴上方所围成的“面积”为正，在横轴下方所围成的“面积”为负。(4)注意对称性和周期性变化关系的应用。(5)图线与横轴有交点，表示此时速度为零；对于运动很复杂，不容易画出速度—时间图像的问题，还应逐段分析求解。
精练高频考点提升关键能力
1.(2025·江西卷·1)超级电容器可集成到太阳能发电系统中，通过超级电容器储存和释放能量，优化功率输出，提升电网稳定性。关于超级电容器储存能量过程中所带电荷量Q和两极板间电压U的变化，下列说法正确的是A.Q增大，U增大B.Q减小，U减小C.Q减小，U增大D.Q增大，U减小
2.(2026·江苏苏州市调研)图为“观察电容器的充、放电现象”的实验电路，实验中先把开关S接1，电表示数稳定后，迅速把开关S接2，继续观察两表示数，下列能正确反映此过程的图像是
3.(2024·黑吉辽·5)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示，将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路，闭合开关S后，若降低溶液浓度，则A.电容器的电容减小B.电容器所带的电荷量增大C.电容器两极板之间的电势差增大D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N
(2)若按压按键不改变电容器极板间的电压，则按压后极板间的电场强度大小变为按压前的多少倍？
7.(多选)(2025·广东清远市二模)2024年8月，我国科学家成功研制出一种人造蓝宝石作为绝缘介质的晶圆，这种材料具有卓越的绝缘性能。如图所示，直流电源与一平行板电容器、理想二极管连接，电容器A板接地。闭合开关，电路稳定后，一带电油滴位于电容器中的P点恰好处于静止状态。下列说法正确的是A.该带电油滴带负电B.B板下移，油滴将继续保持静止状态C.减小极板间的正对面积，P点处的电势升高D.若两板间插入人造蓝宝石，则电容器的电容增大
8.(多选)(2025·重庆市北碚区检测)图甲为直线加速原理示意图，它由多个截面积相同的同轴金属圆筒依次组成，奇数序号与偶数序号圆筒分别与交流电源相连，交流电源两极间电压变化规律如图乙。在t=0时，奇数圆筒比偶数圆筒电势高，此时序号为0的金属圆板中央有一电子由静止开始在各狭缝间不断加速。若电子质量为m，电荷量为e，交流电源电压大小为U，周期为T。不考虑电子的重力和相对论效应，且忽略电子通过狭缝的时间。下列说法正确的是
9.(2025·四川卷·13)如图所示，真空中固定放置两块较大的平行金属板，板间距为d，下极板接地，板间匀强电场大小恒为E。现有一质量为m、电荷量为q(q>0)的金属微粒，从两极板中央O点由静止释放。若微粒与极板碰撞前后瞬间机械能不变，碰撞后电性与极板相同，所带电荷量的绝对值不变。不计微粒重力。求：(1)微粒第一次到达下极板所需时间；
(2)微粒第一次从上极板回到O点时的动量大小。