第7章 第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动（Word教参）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（江苏专版）

第3讲　电容器 带电粒子在电场中的运动 一、电容器及电容 1．电容器 (1)组成：由两个彼此绝缘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绝对值。 (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异种电荷，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，放电过程中电场能转化为其他形式的能。 2．电容 定义 电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比 定义式 C＝；单位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F＝106μF＝1012pF 意义 表示电容器容纳电荷本领的高低 决定 因素 由电容器本身物理条件(大小、形状、相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关 3．平行板电容器的电容 (1)决定因素：极板的正对面积，电介质的相对介电常数，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 用动力学观点分析 a＝，E＝，v2－v02＝2ad 用能量观点分析 ①在匀强电场中，W＝qEd＝qU＝mv2－mv02 ②在非匀强电场中，W＝qU＝mv2－mv02 2．偏转 运动情况 如果带电粒子以初速度v0垂直场强方向进入板间电压为U的匀强电场中，则带电粒子在电场中做类平抛运动，如图所示 处理方法 将粒子的运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和沿电场力方向的匀加速直线运动。根据运动的合成与分解的知识解决有关问题 情境创设　 目前智能手机普遍采用了电容触摸屏，电容触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的，它是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂一层ITO(纳米铟锡金属氧化物)，夹层ITO涂层作为工作面，四个角引出四个电极，当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，因为工作面上接有高频信号，电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算来确定手指位置，假设电容器为平行板电容器。 微点判断　 (1)电容触摸屏只需要触摸，不需要压力即能产生位置信号。(√) (2)使用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行触控操作。(×) (3)手指压力变大时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容变小。(×) (4)手指与屏的接触面积变大时，电容变大。(√) (5)电容触摸屏在原理上把人体的手指当作电容器元件的一个电极使用。(√) (6)电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。(×) (一) 平行板电容器的动态分析(固基点) [题点全练通] 1．[电荷量不变时的动态分析] 在手机塑料壳的生产线上，用图示装置来监控塑料壳的厚度。两个完全一样的金属板A、B，平行正对固定放置，通过导线接在恒压电源上：闭合开关，一小段时间后断开开关，让塑料壳匀速通过A、B间，当塑料壳变厚时(　 ) A．两板间电压不变 B．两板间电场强度减小 C．两板所带电荷量减小 D．静电计指针偏角增大 解析：选B　断开开关后电容器的电荷量不变，根据C＝、U＝得U＝Q·，可知，由于Q不变，当塑料壳变厚时εr增大，两板间电压减小，静电计指针偏角减小，故A、C、D错误；根据E＝可知，两板间距离d不变，电压U减小，则两板间电场强度减小，故B正确。 2．[电压不变时的动态分析] (2023·徐州模拟)一位同学用底面半径为r的圆桶形塑料瓶制作了一种电容式传感器，用来测定瓶内溶液深度的变化。如图所示，瓶的外壁涂有一层导电涂层和瓶内导电溶液构成电容器的两极，它们通过探针和导线与电源、电流计、开关相连，中间层的塑料为绝缘电介质，其厚度为d，相对介电常数为εr。若发现在某一小段时间t内有大小为I的电流从下向上流过电流计，电源电压恒定为U，则瓶内液面的高度(　 ) A．升高了 B．升高了 C．降低了 D．降低了 解析：选C　由题图可知，液体与瓶的外壁涂的导电涂层构成了电容器，两板间距离不变；液面高度变化时只有正对面积发生变化；由C＝可知，当液面升高时，正对面积S增大，则电容增大，反之则电容减小，由于电流从下向上流过电流计，可知该时间内电容器上的电荷量减小，由于电势差不变，故电容减小，瓶内液面降低，t时间内减少的电量q＝It，由C＝可得q＝ΔQ＝U·ΔC，ΔS＝2πr·Δh，故ΔC＝，联立解得Δh＝，故选C。 3．[带电体受力及运动情况的判断] 如图所示，平行板电容器A、B间有一带电油滴P正好静止在极板正中间，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a C．油滴运动的加速度逐渐变大 D．极板带的电荷量不变 解析：选C　由C＝可知，d增大，电容器电容C减