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- 2021-05-28 发布
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第3节 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动
考点一| 电容器的电容
1.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.对公式C=的理解
电容C=,不能理解为电容C与Q成正比、与U成反比,一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关.
(2016·浙江4月学考)关于电容器,下列说法正确的是( )
A.在充电过程中电流恒定
B.在放电过程中电容减小
C.能储存电荷,但不能储存电能
D.两个彼此绝缘又靠近的导体可视为电容器
D [电容器充、放电过程中电流都是变化的,A错误.电容大小是电容器本身属性,由自身决定,与放电、充电无关,B错误.电容器储存电荷的过程即储存电能的过程,C错误.故选D.]
1.(2015·浙江学业水平考试)下列器件中,属于电容器的是( )
A B C D
C [A为灯泡,B为滑动变阻器,D为开关,只有C为电容器.]
2.关于电容器的概念,下列说法不正确的是( )
A.电容器是储存电荷和电能的容器,只有带电的容器才称为电容器
B.用电源对平行板电容器充电后,两极板一定带有等量异种电荷
C.电容器在充电和放电过程中,和电容器相连的电路中都有电流
D.电容器充电和放电的过程,也是电场能和其他形式能相互转化的过程
A [只要能够容纳电荷,就称为电容器,电容器不一定带电,就像水杯不一定盛水一样,所以A错误;由电荷守恒定律,充电过程中,正负电荷总代数和为零,所以两极板必带等量异种电荷,B正确;在充电和放电过程中,电路中都有瞬间电流,稳定后,电荷也就不再定向移动,所以C正确;充电和放电的过程,也是能量转化的过程,总能量守恒,D正确.]
3.一个已充电的电容器,若使它的电荷量减少3×10-4C,则其电压减少为原来的,则( )
A.电容器原来的带电荷量为9×10-4 C
B.电容器原来的带电荷量为4.5×10-4 C
C.电容器原来的电压为1 V
D.电容器的电容变为原来的
B [由C=得ΔQ=C·ΔU=C=CU=Q,Q== C=4.5×10-4 C,选项A错,B对;因电容器的电容不知,所以无法求出电容器原来的电压,选项C错;电容器的电容由电容器本身决定,跟电压和电荷量的变化无关,所以电容器的电容不变,选项D错.]
4.如图631所示为某一电容器所带电荷量和两端电势差之间的关系图象,则下列判断正确的是( )
图631
A.电容器的电容为200 F
B.电容器的电容为2×10-3 F
C.当电容器两端电势差降低时,电容器的电容增大
D.当电容器两端电势差从40 V降低到36 V的过程中,电容器释放出来的电荷量为0.02 C
D [根据电容的定义式C=可知图线的斜率即为电容大小,C= F=5×10-3 F,选项A、B都错;电容器的电容与电容器两端电势差和电容器所带电荷量无关,所以选项C错;根据C=可得,ΔQ=C·ΔU=0.02 C,选项D正确.]
考点二| 带电粒子在电场中的运动
1.带电粒子在电场中的加速
(1)处理方法
利用动能定理:qU=mv2-mv.
(2)适用范围
任何电场.
2.带电粒子在匀强电场中的偏转
(1)研究条件
带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场.
(2)处理方法
类似于平抛运动,应用运动的合成与分解的方法.
①沿初速度方向做匀速直线运动,运动时间t=.
②沿电场方向,做初速度为零的匀加速直线运动.
(2016·浙江4月学考)密立根油滴实验原理如图632所示.两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接,板间电压为U,形成竖直向下场强为E的匀强电场.用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴.通过显微镜可找到悬浮不动的油滴,若此悬浮油滴的质量为m,则下列说法正确的是( )
图632
A.悬浮油滴带正电
B.悬浮油滴的电荷量为
C.增大场强,悬浮油滴将向上运动
D.油滴的电荷量不一定是电子的电荷量的整数倍
C [由题目中的图示可以看出重力竖直向下,电场力竖直向上,电场强度方向向下,电荷带负电,A错误;由平衡条件可以得到mg=,电荷的带电量q= ,B错误;此时电场力与重力相等,如果增大电场强度,则电场力大于重力,所以油滴将向上运动,C正确;由元电荷的带电量e=1.6×10-19 C可知,油滴的带电量一定是电子电量的整数倍,D错误.]
1.如图633所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板的速度为v,保持两极间电压不变,则( )
图633
A.当减小两板间的距离时,速度v增大
B.当减小两极间的距离时,速度v减小
C.当减小两极间的距离时,速度v不变
D.当减小两极间的距离时,电子在两极间运动的时间变长
C [由动能定理得eU=mv2,当改变两极板间的距离时,U不变,v就不变,故选项A、B错误,C正确;电子在极板间做初速度为零的匀加速直线运动,=,=,即t=,当d减小时,v不变,电子在两极板间运动的时间变短,故选项D错误.]
2.两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m,电荷量为e,从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回.如图634所示,=h,此电子具有的初动能是( ) 【导学号:81370246】
图634
A. B.edUh
C. D.
D [电子受到的静电力做负功,有-eUOA=0-Ek,UOA=h,Ek=,由此知选项D正确.]
3.如图635所示,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块水平的平行极板间的偏转电场中,入射方向跟极板平行.整个装置处在真空中,重力可忽略.在满足电子能射出平行板区域的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角θ变大的是( )
图635
A.U1变大、U2变大 B.U1变小、U2变大
C.U1变大、U2变小 D.U1变小,U2变小
B [设电子被加速后获得的速度为v0,水平极板长为l,则由动能定理得U1q=mv,电子在水平极板间偏转所用时间t=,又设电子在水平极板间的加速度为a,水平极板的板间距为d,由牛顿第二定律得a=,电子射出偏转电场时,平行于电场方向的速度vy=at,联立解得vy=,又tan θ====,故U2变大、U1变小,一定能使偏转角θ变大,故B正确.]
4.(2017·诸暨期末)如图636所示,喷墨打印机中的墨滴在进入偏转电场之前会被带上一定量的电荷,在电场的作用下是使电荷发生偏转到达纸上.已知两偏转极板长度L=1.5×10-2m,两极板间电场强度E=1.2×106 N/C,墨滴的质量m=1.0×10-13 kg,电荷量q=1.0×10-16 C,墨滴在进入电场前的速度v0=15 m/s,方向与两极板平行.不计空气阻力和墨滴重力,假设偏转电场只局限在平行极板内部,忽略边缘电场的影响.
图636
(1)判断墨滴带正电荷还是负电荷?
(2)求墨滴在两极板之间运动的时间;
(3)求墨滴离开电场时在竖直方向上的位移y.
【解析】 (1)负电荷.
(2)墨滴在水平方向做匀速直线运动,那么墨滴在两板之间运动的时间t=,代入数据可得:t=1.0×10-3 s.
(3)墨滴在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,
a=
代入数据可得:a=1.2×103 m/s2
离开偏转板时在竖直方向的位移y=at2
代入数据可得:y=6.0×10-4 m.
【答案】 (1)负电荷 (2)1.0×10-3 s (3)6.0×10-4 m