第3讲　电容器　带电粒子在电场中的运动 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“电容器与带电粒子在电场中的运动”专题，依据课程标准覆盖电容定义式、平行板电容器动态分析、带电粒子直线运动及偏转三大核心考点，通过梳理近五年高考真题明确动态分析（占比35%）和偏转规律（占比40%）的高频考查方向，归纳出两类动态问题、类平抛运动分解等常考题型，体现高考备考的针对性。 课件亮点在于“真题溯源+模型建构+方法提炼”的复习策略，如以2025年黑吉辽蒙卷电容器动态分析题为例，运用科学推理推导U与F的关系，培养学生科学思维；通过带电粒子偏转“运动分解+功能关系”双解法，强化运动与相互作用观念。特设“易错点警示”和“方法总结”模块，帮助学生掌握解题技巧，教师可据此实施精准复习，提升备考效率。

高考总复习 物理 人教版 第3讲　电容器　带电粒子在电场中的运动 索引 考点1 考点2 课时跟踪练 考点3 返回导航 第九章　静电场 课程标准　1.了解电容器的充电、放电过程,会定量计算电容器充、放电的电荷量。2.掌握电容的定义式和平行板电容器电容的决定式,会分析电容器动态变化问题。3.会利用动力学、功能关系分析带电粒子在电场中的直线运动。4.掌握带电粒子在电场中的偏转规律,会分析带电粒子在电场中偏转的功能关系。5.会分析、计算带电粒子在交变电场中的直线运动和偏转问题。 返回导航 第九章　静电场 01 考点1　平行板电容器的动态分析 返回导航 第九章　静电场 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。 绝缘 绝对值 异种电荷 电场能 返回导航 第九章　静电场 2.电容 (1)定义:电容器所带的_______与电容器两极板之间的__________之比。 (2)定义式:C=。 (3)单位:法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F=______μF=_____pF。 (4)意义:表示电容器__________本领的高低。 (5)决定因素:由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定,与电容器是否带电及电压__________。 电荷量 电势差 106 1012 容纳电荷 无关 返回导航 第九章　静电场 3.平行板电容器的电容 (1)决定因素:两极板的_____________、电介质的_______________、_______________。 (2)决定式:C=。 4.电容器两类典型动态问题 (1)电容器始终与恒压电源相连,电容器两极板间的电势差U保持不变。 (2)电容器充电后与电源断开,电容器两极板所带的电荷量Q保持不变。 正对面积 相对介电常数 两板间的距离 返回导航 第九章　静电场 两类典型动态分析思路比较 返回导航 第九章　静电场 × × × √ 1.电容器的电荷量等于两个极板所带电荷量绝对值的和。( ) 2.电容器的电容与电容器所带电荷量成正比,与电压成反比。( ) 3.放电后电容器的电荷量为零,电容也为零。( ) 4.C=是电容的定义式,C=是平行板电容器电容的决定式。( ) 返回导航 第九章　静电场 (人教版必修第三册P43T2改编)(多选)如图所示,四个图像描述了对给定的电容器充电时,电容器带电荷量Q、电压U和电容C三者的关系,正确的图像有(　　) 返回导航 第九章　静电场 解析:电容器的电容是由电容器本身的结构决定的,与两极板间的电压以及带电荷量无关,故A、B错误,D正确;根据Q=CU可知,Q-U图像是过原点的直线,故C正确。 返回导航 第九章　静电场 两板间电荷量Q不变 (2025·黑吉辽蒙卷)如图所示,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(　　) 返回导航 第九章　静电场 返回导航 第九章　静电场 [解析]　根据公式Q=CU和电容的决定式C=,可得U=·d,根据题意F较小时易被压缩,故可知当F较小时,随着F的增大,d在减小,且减小得越来越慢,与电源断开后Q不变,故此时极板间的电势差U在减小,且减小得越来越慢;当F增大到一定程度时,再增大F后,d基本不变,故此时U保持不变,结合图像,最符合情境的是D选项。故选D。 返回导航 第九章　静电场 两板间电势差U保持不变 (2025·江苏卷)如图所示,平行金属板与电源连接。一点电荷由a点移动到b点的过程中,电场力做功为W。现将上、下两板分别向上、向下移动,使两板间距离增大为原来的2倍,再将该电荷由a移动到b的过程中,电场力做功为(　　) A.　　 B.W C.2W　　 D.4W 返回导航 第九章　静电场 [解析]　两金属板与电源相连,则两板间电势差U不变,设两板间距离为d,a、b两点沿电场方向的距离为x,两板移动前将点电荷从a移动到b,电场力做功W=q·U;当两板间距离增大到原来的2倍时,再将该电荷从a移动到b,电场力做功W'=q·U=W,A正确。 返回导航 第九章　静电场 含二极管的动态分析 (2026·安徽高三校联考)某同学学习了电容器的充、放电等相关知识后,在老师的引导下,为了探究电路中连接二极管的电容器充、放电问题,设计了如图所示的电路,平行板电容器与二极管(该二极管可看作理想二极管,正向电阻很小,反向电阻无穷大)、开关、直流电源串联,电源负极接地。闭合开关,电路稳定后,一带电油滴位于电容器两极板间的P点处,恰好处于静止状态。保持开关闭合,下列说法正确的是(　　) 返回导航 第九章　静电场 A.若上极板略微下移,带电油滴仍保持静止 B.若下极板略微上移,则P点电势保持不变 C.若上极板略微左移与下极板平行错开,则带电油滴仍保持静止 D.若下极板略微右移与上极板平行错开,则带电油滴在P点的电势能降低 返回导航 第九章　静电场 [解析]　上极板略微下移,d变小,U不变,E变大,电场力变大,油滴向上运动,故A错误;下极板略微上移,d变小,U不变,E变大,上极板与P的电势差增大,上极板电势不变,P点的电势降低,故B错误;不论是上极板略微左移,还是下极板略微右移,根据C=,S将减小,C变小,U不变,电容器要放电,由于二极管具有单向导电性,电容器不能放电,实际为Q保持不变,C变小,U变大,电场强度E变大,电场力变大,油滴向上运动,P点到下极板的距离不变,E变大,P与下极板的电势差增大,下极板的电势恒为0,所以P点的电势升高,油滴原来静止,上极板带正电,因此该油滴带负电,电势能降低,故C错误,D正确。 返回导航 第九章　静电场 02 考点2　带电粒子(带电体)在电场中的直线运动 返回导航 第九章　静电场 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。 返回导航 第九章　静电场 2.做直线运动的条件 (1)粒子所受合力F合=0,粒子静止或做匀速直线运动。 (2)粒子所受合力F合≠0且与初速度共线,带电粒子将做加速直线运动或减速直线运动。 3.用动力学观点分析 a=,E=,v2-=2ad。 4.用功能观点分析 匀强电场中:W=Eqd=qU=mv2-m。 非匀强电场中:W=qU=Ek2-Ek1。 返回导航 第九章　静电场 带电粒子仅在静电力作用下的直线运动 如图所示,一充电后的平行板电容器的两极板相距l,在正极板附近有一质量为m,电荷量为q1(q1>0)的粒子A;在负极板附近有一质量也为m、电荷量为-q2(q2>0)的粒子B。仅在电场力的作用下两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板 且与其相距l的平面Q,两粒子间相互作用力可 忽略,不计粒子重力,则以下说法正确的是(　　) 返回导航 第九章　静电场 A.电荷量q1与q2的比值为3∶7 B.电荷量q1与q2的比值为3∶4 C.粒子A、B通过平面Q时的速度之比为9∶16 D.粒子A、B通过平面Q时的速度之比为3∶7 返回导航 第九章　静电场 [解析]　设电场强度大小为E,两粒子的运动时间相同,对粒子A有a1=,l=··t2,对粒子B有a2=,l=··t2,联立解得=,A错误,B正确;由动能定理得qEx=mv2-0,求得=,C、D错误。 返回导航 第九章　静电场 带电体在电场中的直线运动 (多选)如图所示,一水平放置的平行板电容器间距为d,两极板分别与电池的两极相连,上极板中央有一小孔,小孔对电场的影响可以忽略不计。开关闭合时,小孔正上方处有一带正电的颗粒,颗粒由静止开始下落恰好能到达下极板,但没有与下极板接触,下列说法正确的是(　　) 返回导航 第九章　静电场 A.保持开关闭合,若将下极板上移,颗粒将在距上极板处返回 B.保持开关闭合,若将下极板上移,颗粒将在距上极板处返回 C.断开开关,若将下极板上移,颗粒将能返回原处 D.断开开关,若将上极板上移,颗粒将能返回原处 返回导航 第九章　静电场 [解析]　下极板移动前,根据动能定理得mg·(d+)-Uq=0-0,保持开关闭合,若将下极板向上平移,设运动到距离上极板x1处返回,根据动能定理得mg(+x1)-qx1=0-0,解得x1=,即颗粒将在距上极板处返回,A错误,B正确;下极板移动前,根据动能定理有mg(d+)-qEd=0-0,若断开开关,将下极板上移,两板间的电场强度E不变,设运动到距离上极板x2处返回,由动能定理得mg(+x2)-Eqx2=0-0,解得x2=d,即颗粒将碰到下极板而不能返回,C错误; 返回导航 第九章　静电场 将上极板上移,两板间的电场强度E不变,设颗粒到达离下极板x3处返回,由动能定理得mg(-x3)-Eq(+d-x3)=0,解得x3=d,故颗粒将能不碰到下极板而返回到原处,D正确。 返回导航 第九章　静电场 ·方法总结· 带电粒子(带电体)在匀强电场中的直线运动问题的分析方法 返回导航 第九章　静电场 03 考点3　带电粒子在匀强电场中的偏转　 返回导航 第九章　静电场 1.带电粒子在匀强电场中偏转的两个分运动 返回导航 第九章　静电场 (1)沿初速度方向做匀速直线运动,t=。 (2)沿静电力方向做匀加速直线运动。 ①加速度:a===。 ②离开电场时的偏移量:y=at2=。 ③离开电场时的偏转角:tan θ==。 返回导航 第九章　静电场 2.两个重要结论 (1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时,偏移量和偏转角总是相同的。 证明:在加速电场中有qU0=m , 在偏转电场中的偏移量 y=at2=··()2， 设偏转角为θ,则tan θ== 返回导航 第九章　静电场 解得y=,tan θ= 。 y、θ均与m、q无关。 (2)粒子经电场偏转后射出,速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点,即O到偏转电场边缘的距离为偏转极板长度的一半。 3.功能关系 当讨论带电粒子的末速度v时也可以从能量的角度进行求解,qUy=mv2-m,其中Uy=y,指初、末位置间的电势差。 返回导航 第九章　静电场 带电粒子在匀强电场中的偏转 (2025·河南卷)流式细胞仪可对不同类型的细胞进行分类收集,其原理如图所示。仅含有一个A细胞或B细胞的小液滴从喷嘴喷出(另有一些液滴不含细胞),液滴质量均为m=2.0×10-10 kg。当液滴穿过激光束、充电环时被分类充电,使含A、B细胞的液滴分别带上正、负电荷,电荷量均为q=1.0×10-13 C。随后,液滴以v=2.0 m/s的速度竖直进入长度为l=2.0×10-2 m的电极板间,板间电场均匀、方向水平向右,电场强度大小为E=2.0×105 N/C。含细胞的液滴最终被分别收集在极板下方h=0.1 m处的A、B收集管中。不计重力、空气阻力以及带电液滴间的作用。求: 返回导航 第九章　静电场 (1)含A细胞的液滴离开电场时偏转的距离; (2)A、B细胞收集管的间距。 [答案]　(1)5.0×10-3 m　(2)0.11 m 返回导航 第九章　静电场 [解析]　(1)液滴在电场中做类平抛运动,由牛顿第二定律得,液滴在水平方向的加速度大小为a===100 m/s2 液滴在竖直方向上做匀速直线运动,通过电场的时间为t1==1.0×10-2 s 液滴离开电场时在水平方向加速偏转的距离为 x1=a=5.0×10-3 m。 (2)液滴离开电场时水平方向上的速度大小为 vx=at1=1.0 m/s 带正、负电荷的液滴离开电场后做匀速直线运动,分别到达A、B收集管,运动的时间为 返回导航 第九章　静电场 t2==0.05 s 液滴在水平方向上匀速运动的距离为 x2=vxt2=5.0×10-2 m 则A、B细胞收集器之间的距离为 d=2x1+2x2=0.11 m。 返回导航 第九章　静电场 ·方法总结· 计算粒子打到屏上的位置离屏中心距离的方法 (1)y=y0+Ltan θ(L为屏到偏转电场的水平距离)。 (2)y=(+L)tan θ(l为偏转电场宽度)。 (3)根据三角形相似有=。 返回导航 第九章　静电场 示波器原理 (2025·甘肃卷)离子注入机是研究材料辐照效应的重要设备,其工作原理如图1所示。从离子源S释放的正离子(初速度视为零)经电压为U1的电场加速后,沿OO'方向射入电压为U2的电场(OO'为平行于两极板的中轴线)。极板长度为l、间距为d,U2-t关系如图2所示。长度为a的样品垂直放置在距U2极板L处,样品中心位于O'点。假设单个离子在通过U2区域的极短时间内,电压U2可视为不变,当U2=±Um时,离子恰好从两极板的边缘射出。不计重力及离子之间的相互作用。下列说法正确的是(　　) 返回导航 第九章　静电场 A.U2的最大值Um=U1 B.当U2=±Um且L=时,离子恰好能打到样品边缘 C.若其他条件不变,要增大样品的辐照范围,需增大U1 D.在t1和t2时刻射入U2的离子,有可能分别打在A点和B点 返回导航 第九章　静电场 [解析]　离子在加速电场中被加速时,有U1q=m,在偏转电场中做类平抛运动,则l=v0t,=·t2,解得Um=U1,选项A错误;当U2=±Um时离子从极板的边缘射出,恰能打到样品边缘时,则=,解得L=,选项B正确;根据y=·t2=,根据数学知识有=,解得Y=,若其他条件不变,要增加样品的辐照范围,则需减小U1,选项C错误;设t1时刻对应的偏转电 返回导航 第九章　静电场 压大小为U2',t2时刻对应的偏转电压大小为U2″,由题图2可知U2'<U2″,根据C项得到的表达式Y=可知,t1时刻进入的离子在样品上的位移小于t2时刻进入的离子在样品上偏离的位移,即Y1<Y2,由题图1可知YA>YB,因此在t1和t2时刻射入U2的离子有可能分别打在B点和A点,选项D错误。 返回导航 第九章　静电场 带电体在匀强电场和重力场中的偏转 如图所示,地面上某区域存在着水平向右的匀强电场,一个质量为m的带负电小球(可视为质点)以水平向右的初速度v0,由O点射入该区域,刚好竖直向下通过竖直平面中的P点,已知OP与初速度方向的夹角为60°,重力加速度为g,则以下说法正确的是(　　) A.小球所受静电力大小为 B.小球所受的合力大小为 C.小球由O点到P点用时为 D.小球通过P点时的动能为m 返回导航 第九章　静电场 [解析]　设OP=L,小球从O到P水平方向做匀减速运动,到达P点时水平速度为零,竖直方向做自由落体运动,则水平方向有Lcos 60°=t,竖直方向有Lsin 60°=gt2,解得t=,选项C正确;水平方向受静电力的大小F1=ma= m=,小球所受的合力是F1与mg的合力,可知合力的大小F= =mg,选项A、B错误;小球通过P点时的速度大小vP=gt= v0,则动能EkP=m=m,选项D错误。 返回导航 第九章　静电场 课时跟踪练 温馨提示 返回导航 第九章　静电场 $