2024年高考物理第一轮复习课件：第八章 第3讲　电容器　带电粒子在电场中的运动

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第八章 第3讲　电容器　带电粒子在电场中的运动，共60页。PPT课件主要包含了绝对值，异种电荷，电场能，电介质，电荷量Q，储存电荷，×106，qEd，匀速直线，匀加速直线等内容，欢迎下载使用。
[自主落实]一、电容器的电容1．电容器(1)组成：在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质，就组成一个最简单的电容器。(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，充电后电容器两板带上等量的________，电容器中储存______。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。(4)击穿电压与额定电压①击穿电压：电容器两极板间的电压超过某一数值时，______将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为电容器的击穿电压。
(3)物理意义：表示电容器_________本领大小的物理量。(4)单位：法拉(F)，1 F＝_______μF＝1×1012 pF。3．平行板电容器(1)决定因素：正对面积，相对介电常数，两板间的距离。(2)决定式：C＝_______。
二、带电粒子在电场中的运动1．加速(1)在匀强电场中，W＝______＝qU＝mv2－mv02。(2)在非匀强电场中，W＝____＝mv2－mv02。2．偏转(1)运动情况：如果带电粒子以初速度v0垂直场强方向进入匀强电场中，则带电粒子在电场中做类平抛运动，如图所示。
[自我诊断]一、判断题(1)电容器的电容与两极间电压成正比。( )(2)放电后的电容器电荷量为零，电容也为零。( )(3)带电粒子在匀强电场中只能做类平抛运动。( )(4)带电粒子在电场中，只受静电力时，也可以做匀速圆周运动。 ( )(5)带电粒子在电场中运动时重力一定可以忽略不计。( )
2．两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量绝对值为e，从O点沿垂直于极板的方向射入电场，最远到达A点，然后返回，如图所示，OA间距为h，则此电子的初动能为(　　)
平行板电容器的动态分析
1．平行板电容器动态的分析思路
2．两类动态分析的比较
【例2】　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
1． (U不变时的动态分析)(2022·山东实验中学模拟)工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度，通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板，上下位置均固定，且分别接在恒压直流电源的两极上(电源电压小于材料的击穿电压)。当流水线上通过的产品厚度减小时，下列说法正确的是(　　)A．平行板电容器的电容增大B．A、B两板上的电荷量变大C．有电流从a向b流过灵敏电流计D．A、B两板间的电场强度变大
2．如图所示，平行板电容器的A、B两极板间有一带电油滴P正好静止在两极板正中间，现将B极板匀速向下移动到虚线位置，其他条件不变，则在B极板移动的过程中(　　)A．油滴将向下做匀加速运动B．电流计中电流由b流向aC．油滴运动的加速度逐渐变小D．极板带的电荷量减少
　带电粒子(体)在电场中的直线运动　　
【例3】　如图所示，在点电荷＋Q激发的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为 (　　)
【例4】　如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点。由O点静止释放的电子恰好能运动到P点。现将C板向右平移到P′点，则由O点静止释放的电子(　　)A．运动到P点返回B．运动到P和P′点之间返回C ．运动到P′点返回D．穿过P′点
3．(带电粒子在电场中的直线运动)如图所示，空间存在两块平行的彼此绝缘的带电薄金属板A、B，间距为d，中央分别开有小孔O、P。现有甲电子以速率v0从O点沿OP方向运动，恰能运动到P点。若仅将B板向右平移距离d，再将乙电子从P′点由静止释放，则(　　)A．金属板A、B组成的平行板电容器的电容C不变B．金属板A、B间的电压减小C．甲、乙两电子在板间运动时的加速度相同D．乙电子运动到O点的速率为2v0
4．(带电粒子在静电力和重力作用下的直线运动)如图所示，倾斜放置的平行板电容器两极板与水平面夹角为θ，极板间距为d，带负电的微粒质量为m、带电荷量为q，从极板M的左边缘A处以初速度v0水平射入，沿直线运动并从极板N的右边缘B处射出，重力加速度为g，则 (　　)
5．如图所示，一个质量为m、电荷量为q的带正电油滴，在平行于纸面的匀强电场中由静止沿斜向右下方做直线运动，其轨迹与竖直方向的夹角为θ，重力加速度大小为g，不计空气阻力，则下列判断正确的是 (　　)
6．如图所示，带电的平行金属板A、B间的电势差为U，板间距离为d，A板带正电，B板中央有一小孔。一带电荷量为q、质量为m的微粒从孔的正上方距B板高h处由静止下落，若微粒恰能落至A、B板的正中央C点。下列说法中错误的是(重力加速度为g)(　　)
1．带电粒子在电场中的偏转规律
　带电粒子在匀强电场中的偏转　　
【例5】　 如图所示，一电子枪发射出的电子(初速度很小，可视为零)进入加速电场加速后，垂直射入偏转电场，射出后偏转位移为Y。要使偏转位移增大，下列措施可行的是(不考虑电子射出时碰到偏转极板的情况)(　　)A．增大偏转电压UB．增大加速电压U0C．增大偏转极板间距离D．将发射电子改成发射负离子
【例6】　如图，场强大小为E、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd，水平边ab长为s，竖直边ad长为h。质量均为m、带电荷量分别为＋q和－q的两粒子，由a、c两点先后沿ab和cd方向以速率v0进入矩形区域(两粒子不同时出现在电场中)。不计重力，若两粒子轨迹恰好相切，则v0等于(　　)
7．(两个粒子的偏转运动)如图所示，A、B两个带正电的粒子，所带电荷量分别为q1与q2，质量分别为m1和m2。它们以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，A粒子打在N板上的A′点，B粒子打在N板上的B′点，若不计重力，则(　　)
8．(带电粒子做类平抛运动的规律)(2020·浙江卷)如图所示，一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速度v0从MN连线上的P点水平向右射入大小为E、方向竖直向下的匀强电场中。已知MN与水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略，则粒子到达MN连线上的某点时(　　)
9．(2020·全国Ⅰ卷)在一柱形区域内有匀强电场，柱的横截面是以O为圆心、半径为R的圆，AB为圆的直径，如图所示。质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子在纸面内自A点先后以不同的速度进入电场，速度方向与电场的方向垂直。已知刚进入电场时，速度为零的粒子，自圆周上的C点以速度v0穿出电场，AC与AB的夹角θ＝60°。运动中粒子仅受电场力作用。(1)求电场强度的大小。
(2)为使粒子穿过电场后的动能增量最大，该粒子进入电场时的速度应为多大？(3)为使粒子穿过电场前后动量变化量的大小为mv0，该粒子进入电场时的速度应为多大？解析：(1)粒子初速度为零，由C点射出电场，故电场方向与AC平行，由A指向C。由几何关系和电场强度的定义知AC＝R①
1．实验目的(1)知道电容器的构造。(2)根据电路图正确连接实物图，认真观察电容器充、放电的实验现象。
　实验：观察电容器的充、放电现象　　
2．实验原理及设计(1)电容器的充电过程：当S接1时，电容器接通电源，电容器极板的自由电子在静电力的作用下将经过电源移到与电源负极相接的下极板，正极由于失去负电荷而带正电，负极由于获得负电荷而带负电，正、负极板所带电荷量大小相等，符号相反，如图甲所示。电荷定向移动形成电流，由于同性电荷的排斥作用，所以开始电流最大，以后逐渐减小，在电荷移动过程中，电容器极板储存的电荷不断增加，电容器两极板间电压U等于电源电压E时电荷停止移动，电流I≈0。
(2)电容器的放电过程当S接2时，电容器的两极板用导线连接起来，电容器C正极板正电荷与负极板上的负电荷中和，两极板的电荷量逐渐减少，表现为电流逐渐减小，电压也逐渐减小为零(如图乙所示)。
3．实验器材电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表和电压表。4．实验步骤(1)调节直流可调电源，输出电压为6 V，并用多用电表校准。(2)关闭电源开关，正确连接实物图，电路图如图。
(3)打开电源，把单刀双掷开关S打到上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。(4)把单刀双掷开关S打到下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。(5)记录好实验结果，关闭电源。
6.注意事项(1)电流表要选用小量程的灵敏电流表。(2)要选择大容量的电容器。(3)实验过程要在干燥的环境中进行。(4)在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表。
【例7】　下列对电容器相关知识的描述正确的是(　　)
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荷量为＋Q，则放电过程中通过电流表的电流方向从右向左，流过的总电荷量为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，两种电容器使用时都严格区分正负极D．图戊中的电容器上有“5.5 V　1.0 F”字样，说明该电容器只有两端加上5.5 V的电压时电容才为1.0 F
[解析]　题图甲为电容器充电过程，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，故A正确；题图乙为电容器放电过程，若电容器上极板带电荷量为＋Q，则放电过程中通过电流表的电流方向从右向左，且流过的总电荷量为Q，故B错误；题图丙为电解电容器的实物图和符号，题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，故C错误；题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荷量均无关，总是为1.0 F，故D错误。
【例8】　电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流与时间的变化图像。图甲是用电流传感器观察电容器充电、放电过程的实验电路图，图中的电源电压为6 V。
先使开关S与1接通，待充电完成后，把开关S再与2接通，电容器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的It图像，如图乙所示。根据图像估算出电容器整个放电过程中释放的电荷量为______________C，该电容器的电容为________μF(结果保留整数)。
10．(电容器的充、放电现象的定性分析)在测定电容器电容值的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2端，电容器放电，直至放电完毕。实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的电压—时间曲线如图乙所示，图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录了“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”的图。
(1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向________(选填“相同”或“相反”)，大小都随时间________(选填“增加”或“减小”)。(2)当开关接“1”时，电容器是充电还是放电？上极板带什么电？(3)某同学认为：仍利用上述装置，将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端，也可以测出电容器的电容值。请你分析并说明该同学的说法是否正确。
解析：(1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向相反，大小都随时间减小。(2)当开关接“1”时，电容器与电源连接，是充电，且上极板带正电。
答案：　(2)充电　带正电　(3)见解析
11．(电容器的充、放电现象的定量计算)某实验探究小组用如图甲所示的实验电路采用高电阻放电法来估测一个电解电容器的电容。方法是让已充电的电容器通过对高阻值的电阻放电，测出电容器充电电压为U时，所带的电荷量Q，从而求出待测电容器的电容C。实验中提供了下列实验器材：
A．工作电源：9 V(层叠电池)B．数显直流微安表一个(量程为0～2×103 μA)C．电阻箱(阻值为0～999.9 Ω)，额定电流0.5 AD．电阻箱(阻值为0～9 999 Ω)，额定电流2.0 AE．待测电解电容器(额定电压220 V)F．定值电阻R0(阻值10 Ω，额定电流2.0 A)G．秒表一块H．开关一个，导线若干
(1)实验时电阻箱应该选择________(填器材前面的字母代号)。(2)按下列步骤进行实验：
①用笔画线代替导线按如图甲所示电路图完成图乙中器材的连接。②调节电阻箱的阻值，让闭合开关S时直流微安表的示数接近最大量程，记下这时的示数I0＝1 800 μA，电压表示数U0＝9.0 V。
③断开开关S，同时几个同学配合计时和读数，每隔5 s读取一次电流I的值，并填入预先设计好的表格中，将表格中的数据(8组)以时间t为横坐标、电流I为纵坐标在坐标纸上描点，再用平滑的曲线连接得出I­t图像如图丙所示。则根据上述实验结果，估算出该电容器两端的电压为U0时所带的电荷量约为____________C(结果保留三位有效数字)；该电容器的电容约为____________F(结果保留三位有效数字)；定值电阻的作用是_________________。