专题7.3 电容器、带电粒子在电场中的运动【讲】教师版-高考物理一轮复习讲义（新高考）

专题7.3 电容器、带电粒子在电场中的运动【讲】 目录 一 讲核心素养1 二 讲必备知识1 【知识点一】 平行板电容器及其动态分析问题1 【知识点二】带电粒子在电场中的直线运动4 【知识点三】带电粒子在电场中的偏转运动6 三．讲关键能力------带电粒子在电场中的力电综合问题10 【能力点一】带电粒子在交变电场中的运动10 【能力点二】电场中的力、电综合问题12 四．讲模型思想----等效重力场模型15 一 讲核心素养 1.物理观念电容器及电容。 观察常见电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。 2.科学思维带电粒子（带电体）在电场中的运动。 1.会用动力学观点和能量观点解决电场作用下的直线运动. 2应用带电粒子在匀强电场中的偏转规律解决问题、会分析带电粒子在重力、电场力作用下的偏转。 3.科学态度与责任静电现象应用与安全。 1.了解生产生活中关于静电的利用与防护的实例。 2能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象。 二 讲必备知识 【知识点一】 平行板电容器及其动态分析问题 1．两类典型问题 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。 2．动态分析思路 1U不变 ①根据C＝和C＝，先分析电容的变化，再分析Q的变化。 ②根据E＝分析场强的变化。 ③根据UAB＝Ed分析某点电势变化。 2Q不变 ①根据C＝和C＝，先分析电容的变化，再分析U的变化。 ②根据E＝分析场强变化。 【例1】多选2021安徽合肥市第二次教学质检如图所示，平行板电容器带电后，静电计的指针偏转一定角度。若不改变电容器的带电荷量，下列操作可能使静电计指针的偏转角度变小的是 A.将左极板向左移动少许，同时在两极板之间插入电介质 B.将左极板向左移动少许，同时取出两极板之间的金属板 C.将左极板向左移动少许，同时在两极板之间插入金属板 D.将左极板向下移动少许，同时取出两极板之间的电介质 【答案】 AC 【解析】 将左极板向左移动少许，则d变大，同时在两极板之间插入电介质，根据C＝可知C可能变大，根据Q＝CU可知，U可能减小，即静电计指针的偏转角度可能变小，选项A正确；将左极板向左移动少许，则d变大，同时取出两极板之间的金属板，则也相当于d变大，根据C＝可知C一定变小，根据Q＝CU可知，U变大，即静电计指针的偏转角度变大，选项B错误；将左极板向左移动少许，则d变大，同时在两极板之间插入金属板，则相当于d变小，根据C＝可知C可能变大，根据Q＝CU可知，U可能变小，即静电计指针的偏转角度可能变小，选项C正确；将左极板向下移动少许，则S减小，同时取出两极板之间的电介质，根据C＝可知C一定减小，根据Q＝CU可知，U一定变大，即静电计指针的偏转角度一定变大，选项D错误。 【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。 【方法总结】电容器动态变化的分析思路 【变式训练1】多选2021福建南平市第一次质检如图所示，一水平放置的平行板电容器与电源相连。开始时开关闭合，一带电油滴沿两极板中心线方向以某一初速度射入，恰好沿中心线通过电容器。则下列判断正确的是 A.保持开关闭合，将B板竖直向上平移一小段距离，粒子可能打在电容器的A板上 B.保持开关闭合，将B板竖直向上平移一小段距离，粒子仍能沿原中心线通过电容器 C.断开开关，将B板竖直向上平移一小段距离，粒子可能打在电容器的A板上 D.断开开关，将B板竖直向上平移一小段距离，粒子仍能沿原中心线通过电容器 【答案】 AD 【解析】 开始时，油滴能沿直线飞过两板，可知油滴受向下的重力和向上的电场力平衡，油滴带负电；若保持开关闭合，将B板竖直向上平移一小段距离，根据E＝可知，两板间场强变大，粒子受向上的电场力变大，粒子向上偏转，则粒子可能打在电容器的A板上，选项A正确，B错误；断开开关，则两板带电荷量不变，根据C＝、E＝以及C＝ 可知E＝，则将B板竖直向上平移一小段距离，两板间场强不变，粒子受电场力不变，则粒子仍能沿原中心线通过电容器，选项C错误，D正确。 【变式训练2】．如图所示，甲图中电容器的两个极板和电源的两极相连，乙图中电容器充电后断开电源。在电容器的两个极板间用相同的悬线分别吊起完全相同的带电小球，小球静止时悬线和竖直方向的夹角均为θ，将两图中的右极板向右平移时，下列说法正确的是 甲 乙 A．甲图中夹角减小，乙图中夹角增大 B．甲图中夹角减小，乙图中夹角不变 C．甲图中夹角不变，乙图中夹角不变 D．甲图中夹角减小，乙图中夹角减小 【答案】B 【解析】由题图可知，甲图中的电容器和电源相连，所以电容器两极板间的电压不变，当极板间的距离增大时，根据E＝可知，极板间的电场强度减小，电场力减小，所以夹角将减小；乙图中电容器充电后断开电源，电容器两极板所带的电荷量不变，根据C＝，极板间的电压U＝＝，极板间的电场强度E＝＝，电场强度与两极板间距离无关，故夹角不变，B正确。 【知识点二】带电粒子在电场中的直线运动 1．做直线运动的条件 1粒子所受合外力F合＝0，粒子静止或做匀速直线运动． 2粒子所受合外力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． 2．用动力学观点分析 a＝，E＝，v2－v02＝2ad. 3．用功能观点分析 匀强电场中W＝Eqd＝qU＝mv2－mv02 非匀强电场中W＝qU＝Ek2－Ek1 【例1】2021广西南宁市期中一匀强电场，场强方向是水平的，如图所示，一个质量为m、电荷量为q的带正电的小球，从O点出发，初速度的大小为v0，在电场力和重力作用下恰好能沿与场强的反方向成θ角做直线运动，重力加速度为g，求 1电场强度的大小； 2小球运动到最高点时其电势能与O点的电势能之差． 【答案】 1 2mv02cos2θ 【解析】 1小球做直线运动，所受的电场力qE和重力mg的合力必沿此直线方向 如图所示，由几何关系可知mg＝qEtan θ 解得E＝. 2小球做匀减速直线运动，由牛顿第二定律可得＝ma 设从O点到最高点的位移为x，根据运动学公式可得v02＝2ax 联立可得x＝ 运动的水平距离l＝xcos θ 两点间的电势能之差ΔW＝Eql 联立解得ΔW＝mv02cos2θ. 【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。 【技巧方法】带电粒子在电场中做直线运动的分析方法 【变式训练1】多选2021株洲检测如图所示，在真空中倾斜平行放置着两块带有等量异号电荷的金属板A、B，板与水平方向的夹角为θ，一个电荷量q＝1.4110－4 C、质量m＝1 g的带电小球，自A板上的孔P以水平速度v0＝0.1 m/s飞入两板之间的电场，经0.02 s后未与B板相碰又回到孔P，g