2020年高考物理一轮复习热点题型专题17 带电粒子在电场中的运动(教师版) 下载本文

2020年高考物理一轮复习热点题型专题17带电粒子在电场中的运动

题型一 平行板电容器的动态分析

题型二 带电粒子(带电体)在电场中的直线运动 题型三 带电粒子(带电体)在电场中的偏转 题型四 带电粒子在交变电场中的运动

题型一 平行板电容器的动态分析

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 (1)U不变

QεrS

①根据C==先分析电容的变化,再分析Q的变化.

U4πkdU

②根据E=分析场强的变化.

d③根据UAB=E·d分析某点电势变化. (2)Q不变

QεrS①根据C==先分析电容的变化,再分析U的变化.

U4πkdU4kπQ

②根据E==分析场强变化.

dεrS

【例题1】(多选)(2019·安徽省宿州市质检)如图为某一机器人上的电容式位移传感器工作时的简化模型图.当被测物体在左右方向发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动,连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化,进而能测出电容的变化,最后就能探测到物体位移的变化,若静电计上的指针偏角为θ,则被测物体( )

A.向左移动时,θ增大 C.向左移动时,θ减小 【答案】 BC 【解析】 由公式C=

εrS

,可知当被测物体带动电介质板向左移动时,导致两极板间电介4πkd

B.向右移动时,θ增大 D.向右移动时,θ减小

1

Q

质增大,则电容C增大,由公式C=可知电荷量Q不变时,U减小,则θ减小,故A错

UεrS

误,C正确;由公式C=,可知当被测物体带动电介质板向右移动时,导致两极板间电4πkdQ

介质减小,则电容C减少,由公式C=可知电荷量Q不变时,U增大,则θ增大,故B

U正确,D错误.

【例题2】平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上.若将云母介质移出,则电容器( )

A.极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大 B.极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大 C.极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变 D.极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变 【答案】 D 【解析】 由C=

εrS

可知,当将云母介质移出时,εr变小,电容器的电容C变小,因为电4πkd

容器接在恒压直流电源上,故U不变,根据Q=CU可知,当C减小时,Q减小,再由E=U

,由于U与d都不变,故电场强度E不变,选项D正确. d

【例题3】(2018·北京卷·19)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 【答案】 A

【解析】 实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,由于静电感应,在b板上将感应出εrS异种电荷,A正确;b板向上平移,正对面积S变小,由C=知,电容C变小,由C=

4πkdQ

知,Q不变,U变大,因此静电计指针的张角变大,B错误;插入有机玻璃板,相对介电U

εrSQ

常数εr变大,由C=知,电容C变大,由C=知,Q不变,U变小,因此静电计指针

4πkdU

2

Q

的张角变小,C错误;由C=知,实验中,只增加极板带电荷量,静电计指针的张角变大,

U是由于C不变导致的,D错误.

【例题4】(多选)如图所示,A、B为两块平行带电金属板,A带负电,B带正电且与大地相接,两板间P点处固定一负电荷,设此时两极板间的电势差为U,P点场强大小为E,电势为φP,负电荷的电势能为Ep,现将A、B两板水平错开一段距离(两板间距不变),下列说法正确的是( )

A.U变大,E变大 C.φP变小,Ep变大 【答案】 AC

【解析】 根据题意可知两极板间电荷量保持不变,当正对面积减小时,则由C=

εrS

可知4πkd

B.U变小,φP变小 D.φP变大,Ep变小

QU

电容减小,由U=可知极板间电压增大,由E=可知,电场强度增大,故A正确;设P

Cd与B板之间的距离为d′,P点的电势为φP,B板接地,φB=0,则由题可知0-φP=Ed′是增大的,则φP一定减小,由于负电荷在电势低的地方电势能一定较大,所以可知电势能Ep是增大的,故C正确.

题型二 带电粒子(带电体)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,粒子或静止,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.用动力学观点分析 qEU

a=,E=,v2-v02=2ad.

md3.用功能观点分析

11

匀强电场中:W=Eqd=qU=mv2-mv02

22非匀强电场中:W=qU=Ek2-Ek1

【例题1】 (2019·河北省邢台市上学期期末)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( )

3