第33讲电容器和带电粒子在电场中的运动-2024届高中物理一轮复习提升素养导学案（全国通用）

第33讲 电容器和带电粒子在电场中的运动 学习目标 明确目标 确定方向 1.理解电容器的基本概念，掌握好电容器的两类动态分析. 2.能运用运动的合成与分解解决带电粒子的偏转问题. 3.用动力学方法解决带电粒子在电场中的直线运动问题． 【知识回归】 回归课本 夯实基础 第一部分基础知识梳理 一、电容器 1.组成：由两个彼此绝缘又相互靠近的导体组成。 2.带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。 3工作： 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异种电荷，电容器中储存电场能。 放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。[注2] 二．电容 1定义：电容器所带的电荷量与电容器两极板间的电势差的比值。 2定义式：C＝。[注3] 3物理意义：表示电容器容纳电荷本领大小的物理量。 4单位：法拉(F)，1 F＝106 μF＝1012 pF。 三．平行板电容器 1影响因素：平行板电容器的电容与极板的正对面积成正比，与电介质的相对介电常数成正比，与极板间距离成反比。 2决定式：C＝，k为静电力常量。 四、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，粒子做匀速直线运动或静止。 (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，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。 2．带电粒子在匀强电场中的偏转 (1)条件：以速度v0垂直于电场方向飞入匀强电场，仅受电场力。 (2)运动性质：匀变速曲线运动。[注4] (3)处理方法：运动的合成与分解。 ①沿初速度方向：做匀速直线运动。 ②沿电场方向：做初速度为零的匀加速直线运动。 第二部分重难点辨析 1．平行板电容器动态变化的两种情况 (1)电容器始终与电源相连时，两极板间的电势差U保持不变。 (2)充电后与电源断开时，电容器所带的电荷量Q保持不变。 解决电容器问题的两个常用技巧 1.在电荷量保持不变的情况下，由E＝＝＝知，电场强度与板间距离无关。 2.对平行板电容器的有关物理量Q、E、U、C进行讨论时，关键在于弄清哪些是变量，哪些是不变量，在变量中哪些是自变量，哪些是因变量，抓住C＝、Q＝CU和E＝ 进行判定即可。 【典例分析】 精选例题 提高素养 多选【例1】．下列关于静电场与磁场的应用，正确的是（　　） A．图甲为示波器的示波管，要使荧光屏中间的亮斑向上移动，需使竖直偏转板中上极板的电势高于下极板的电势 B．图乙为静电除尘装置，煤粉等粉尘在强大的电场作用下电离成正负离子分别吸附到B和A上 C．图丙是用来加速带电粒子的回旋加速器示意图，要使粒子获得的最大动能增大，可增大加速电场的电压U D．图丁是磁流体发电机示意图，由图可判断通过电阻的电流方向向上 多选【例2】．如图所示，直流电源与一平行板电容器、理想二极管正向电阻为零可以视为短路，反向电阻无穷大可以视为断路连接，二极管一端接地。闭合开关，电路稳定后，一带电油滴位于电容器中的P点且处于静止状态。下列说法正确的是（　　）      A．将平行板电容器下极板向下移动，则P点的电势不变 B．将平行板电容器上极板向上移动，则P点的电势不变 C．减小极板间的正对面积，带电油滴会向上移动 D．无论哪个极板向上移动还是向下移动，带电油滴都不可能向下运动 【例3】．如图甲所示为粒子直线加速器原理图，它由多个横截面积相同的同轴金属圆筒依次组成，序号为奇数的圆筒与序号为偶数的圆筒分别和交变电源相连，交变电源两极间的电势差的变化规律如图乙所示。在时，奇数圆筒比偶数圆筒电势高，此时和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）的中央有一自由电子由静止开始在各间隙中不断加速。若电子的质量为m，电荷量为e，交变电源的电压为U，周期为T。不考虑电子的重力和相对论效应，忽略电子通过圆筒间隙的时间。下列说法正确的是（　　） A．电子在圆筒中也做加速直线运动 B．电子离开圆筒1时的速度为 C．第n个圆筒的长度应满足 D．保持加速器筒长不变，若要加速比荷更大的粒子，则要调大交变电压的周期 【例4】．利用电场和磁场来控制带电粒子的运动在现代科学实验和技术设备中有广泛的应用。图1为电子枪的结构示意图，电子从金属丝中发射出来（设电子刚刚离开金属丝时的速度为零），经电