电容器与电场中的力学问题

专题九电容器与电场中的力学问题

电场中的带电粒子问题是高考命题频率最多的问题，题型有选择、填空和计算，其难度在中等以上。考题涉及的电场有匀强电场也有非匀强电场或交变电场，涉及的知识不全为电场知识，还有力学的有关知识。

带电粒子在电场中的运动问题大致可分为三类：其一为平衡问题；其二为直线运动问题；其三为偏转问题。解答方法首先是对带电粒子的受力分析，然后再分析运动过程或运动性质，最后确定运用的知识或采用的解题观点。(平衡问题运用的是物体的平衡条件；直线运动问题用到的是运动学公式、牛顿第二定律、能量关系；偏转问题用到的是运动的合成与分解，以及运动学中的平抛运动的规律。)本次专题就分析带电粒子在电场中的这三类问题。

电容器在高中阶段常被用来提供匀强电场，也是高考中的高频考点，关于电容器主要运用电容器的定义式，平行板电容器的决定式、匀强电场中场强与电压的关系及电容器的动态分析问题

一、电容器

1、（2012海南）9．将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷量分别用d、U、E和Q表示．下列说法正确的是()

A．保持U不变，将d变为原来的两倍，则E变为原来的一半

B．保持E不变，将d变为原来的一半，则U变为原来的两倍

C．保持d不变，将Q变为原来的两倍，则U变为原来的一半

D．保持d不变，将Q变为原来的一半，则E变为原来的一半

2、（2012江苏）2．一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是（）A．C和U均增大B．C增大，U减小

C．C减小，U增大D．C和U均减小

3、（2011天津）5、(6分)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时，两极板间电势差为U1，板间场强为E1.现将电容器所带电荷量变为2Q，板间距变为d，其他条件不变，这

时两极板间电势差为U2，板间场强为E2，下列说法正确的是（）

A．U2＝U1，E2＝E1 B．U2＝2U1，E2＝4E1

C．U2＝U1，E2＝2E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1

4、（2010北京）6、(6分)用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图)．设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ.实验

中，极板所带电荷量不变，若()

A．保持S不变，增大d，则θ变大

B．保持S不变，增大d，则θ变小

C．保持d不变，减小S，则θ变小

D．保持d不变，减小S，则θ不变

二、电场中的平衡问题

5、（2010全国卷2）4、(6分)在雷雨云下沿竖直方向的电场强度约为104 V/m.已知一半径为1 mm的雨滴在此电场中不会下落，取重力加速度大小为10 m/s2，水的密度为103 kg/m3.这雨滴携带的电荷量的最小值约为()

A．2×10－9 C B．4×10－9 C C．6×10－9 C D．8×10－9 C

6、（2009浙江）16．如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q ()0>q 的相同小球，小球之间用劲度系数均为0k 的轻质弹簧绝缘连接。当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为0l 已知静电力常量为k ，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为

A ．20225l k kq l +

B ．2

02

l k kq l - C ．20245l k kq l - D ．202

25l

k kq l - 7、（2013新课标2）18.如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a ，b 和c 分别位于边长为的正三角形的三个顶点上；a 、b 带正电，电荷量均为q ，c 带负电。整个系统置于方向水平的匀强电场中。已知静电力常量为k 。若 三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为

A.

B.

C.

8、（2010安徽）5、(6分)如图所示，M 、N 是平行板电容器的两个极板，R 0为定值电阻，R 1、R 2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m 、带正电的小球悬于电容器

内部．闭合电键S ，小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R 1、R 2关于F

的大小判断正确的是 ( )

A ．保持R 1不变，缓慢增大R 2时，F 将变大

B ．保持R 1不变，缓慢增大R 2时，F 将变小

C ．保持R 2不变，缓慢增大R 1时，F 将变大

D ．保持R 2不变，缓慢增大R 1时，F 将变小

9、（2012全国大纲）24．（16分）如图，一平行板电容器的两个极板竖直放置，在两极板间有一带电小球，小球用一绝缘轻线悬挂于O 点．现给电容器缓慢充电，使两极板所带电荷量

分别为＋Q 和－Q ，此时悬线与竖直方向的夹角为π6

．再给电容器缓慢充电，直到悬线和竖直方向的夹角增加到π3

，且小球与两极板不接触．求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量．

三、电场中的直线运动问题

10、（2012全国课标）18．如图，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连．若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子（ ）

A ．所受重力与电场力平衡

B ．电势能逐渐增加

C ．动能逐渐增加

D ．做匀变速直线运动

11、（2011安徽）7、如图（a）所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图（b）所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两极的正中间P处．若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上．则t0可能属于的时间段是（）

＜

A．0＜t

B.＜t0＜

C.＜t0＜T

D．T＜t0＜

12、（2011福建）2、(15分)反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似．如图所示，在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从A点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动．已知电场强度的大小分别是E1＝2.0×103 N/C 和E2＝4.0×103 N/C，方向如图所示，带电微粒质量m＝1.0×10－20 kg，带电量q＝－1.0×10－9 C，A点距虚线MN的距离d1＝1.0 cm，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应．求：

（1）B点距虚线MN的距离d2；

（2）带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.

13、（2009广东）4、(17分)如图所示，绝缘长方体B置于水平面上，两端固定一对平行带电极板，极板间形成匀强电场E.长方体B的上表面光滑，下表面与水平面的动摩擦因数

μ=0.05(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同).B与极板的总质量m B=1.0 kg.带正电的小滑块A 质量m A=0.60 kg，其受到的电场力大小F=1.2 N.假设A所带的电量不影响极板间的电场分布.t=0时刻，小滑块A从B表面上的a点以相对地面的速度v A=1.6 m/s向左运动，同时，B （连同极板）以相对地面的速度v B=0.40 m/s 向右运动.问（g取10 m/s2）

（1）A和B刚开始运动时的加速度大小分别为多少？

（2）若A最远能到达b点，a、b的距离L应为多少？从t=0时刻至A运动到b点时，摩擦力对B做的功为多少？