【走向高考】2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第六章 第3講 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電容器

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1、第6章 第3講 一、選擇題 1．在平行板間加上如圖所示周期性變化的電壓，重力不計(jì)的帶電粒子靜止在平行板中央，從t＝0時(shí)刻開(kāi)始將其釋放，運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)碰板情況，下列選項(xiàng)圖中，能定性描述粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象的是(　　) [答案]　A [解析]　前帶電粒子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)．T時(shí)刻速度減為零，以后重復(fù)第一周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，則正確答案為A. 2．如圖所示是一個(gè)由電池、電阻R與平行板電容器組成的串聯(lián)電路．在增大電容器兩極板間距離的過(guò)程中(　　) A．電阻R中沒(méi)有電流 B．電容器的電容變小 C．電阻R中有從a流向b的電流 D．電阻R中有從b流向a的電流 [答

2、案]　BC [解析]　由題意知，電容器兩板間電壓U一定，設(shè)已充電荷量為Q，當(dāng)兩板距離增大時(shí)，電容C變小，由Q＝CU知Q減小，必有一部分正電荷通過(guò)電阻R回流．故BC對(duì)． 3．如圖所示，帶有等量異種電荷的兩塊等大的平行金屬板M、N水平正對(duì)放置．兩板間有一帶電微粒以速度v0沿直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)微粒運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)，將M板迅速向上平移一小段距離，則此后微粒的可能運(yùn)動(dòng)情況是(　　) A．沿軌跡④運(yùn)動(dòng)　　　　　 B．沿軌跡①運(yùn)動(dòng) C．沿軌跡②運(yùn)動(dòng) D．沿軌跡③運(yùn)動(dòng) [答案]　C [解析]　由E＝＝＝可知，兩極板帶電量、電介質(zhì)和正對(duì)面積不變時(shí)，M板迅速向上平移一小段距離，不影響板間場(chǎng)強(qiáng)，因

3、而場(chǎng)強(qiáng)不變，微粒受力情況不變，粒子沿原直線運(yùn)動(dòng)． 4．(2020·山東師大附中二模)如圖所示，一價(jià)氫離子(11H)和二價(jià)氦離子(24He)的混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們(　　) A．同時(shí)到達(dá)屏上同一點(diǎn)　 　 B．先后到達(dá)屏上同一點(diǎn) C．同時(shí)到達(dá)屏上不同點(diǎn) D．先后到達(dá)屏上不同點(diǎn) [答案]　B [解析]　一價(jià)氫離子(11H)和二價(jià)氦離子(24He)的比荷不同，經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)的末速度不同，因此在加速電場(chǎng)及偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的時(shí)間均不同，但在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)距離相同，所以會(huì)打在同一點(diǎn)．選B. 5．如圖所示，a、b、c三條虛線為電場(chǎng)

4、中的等勢(shì)面，等勢(shì)面b的電勢(shì)為零，且相鄰兩個(gè)等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等，一個(gè)帶正電的粒子在A時(shí)的動(dòng)能為10J，在電場(chǎng)力作用下從A運(yùn)動(dòng)到B速度為零，當(dāng)這個(gè)粒子的動(dòng)能為7.5J時(shí)，其電勢(shì)能為(　　) A．12.5J B．2.5J C．0 D．－2.5J [答案]　D [解析]　由題意可知，粒子從A到B，電場(chǎng)力做功－10J，則帶電粒子由A運(yùn)動(dòng)到等勢(shì)面b時(shí)，電場(chǎng)力做功－5J，粒子在等勢(shì)面b時(shí)的動(dòng)能為5J.粒子在電場(chǎng)中電勢(shì)能和動(dòng)能之和為5J，當(dāng)動(dòng)能為7.5J時(shí)，其電勢(shì)能為－2.5J. 6．(2020·湖南長(zhǎng)郡中學(xué)月考)如圖所示，在O點(diǎn)放置一個(gè)正電荷．在過(guò)O點(diǎn)的豎直平面

5、內(nèi)的A點(diǎn)，自由釋放一個(gè)帶正電的小球，小球的質(zhì)量為m、電荷量為q.小球落下的軌跡如圖中虛線所示．它與以O(shè)為圓心、R為半徑的圓(圖中實(shí)線表示)相交于B、C兩點(diǎn)，O、C在同一水平線上，∠BOC＝30°，A距離OC的豎直高度為h.若小球通過(guò)B點(diǎn)的速度為v.則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．小球通過(guò)C點(diǎn)的速度大小是 B．小球通過(guò)C點(diǎn)的速度大小是 C．小球由A到C電場(chǎng)力做的功是mv2－mgh D．小球由A到C機(jī)械能的損失是mg(h－)－mv2 [答案]　BD [解析]　B、C兩點(diǎn)的高度差為：H＝Rsin30°＝R，由于B、C在以O(shè)為圓心的同一圓周上，所以B、C兩點(diǎn)的電勢(shì)差為零，帶電小球從B

6、運(yùn)動(dòng)到C電場(chǎng)力做功為零，對(duì)帶電小球從B運(yùn)動(dòng)到C應(yīng)用動(dòng)能定理得：mgH＝mvC2－mv2，解得帶電小球通過(guò)C點(diǎn)的速度為：vC＝，A錯(cuò)誤，B正確；帶電小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)電場(chǎng)力做功為：W電＝mvC2－mgh＝mv2＋mg－mgh，C錯(cuò)誤，D正確． 7．如圖所示，質(zhì)量相同的兩個(gè)帶電粒子P、Q以相同的初速度沿垂直于電場(chǎng)方向射入兩平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，P從兩極板正中央射入，Q從下極板邊緣處射入，它們最后打在同一點(diǎn)(重力不計(jì))，則從開(kāi)始射入到打到上極板的過(guò)程中(　　) A．它們運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tQ＝tp B．它們所帶電荷量之比qp∶qQ＝1∶2 C．它們的電勢(shì)能減少量之比ΔEp∶ΔEQ＝1∶2 D

7、．它們的動(dòng)能增量之比ΔEkP∶ΔEkQ＝2∶1 [答案]　AB [解析]　設(shè)兩板間的距離為d，帶電粒子的質(zhì)量為m，帶電粒子射入電場(chǎng)的初速度為v0.沿電場(chǎng)方向P、Q粒子都做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有：v0tp＝v0tQ，解得：tp＝tQ，A正確；兩粒子在垂直初速度方向都做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)兩粒子分別應(yīng)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：P粒子，qpE＝map，d＝aptp2；Q粒子，qQE＝maQ，d＝aQtQ2，聯(lián)立解得：qp∶qQ＝1∶2，B正確；兩粒子的電勢(shì)能減少量分別為：ΔEp＝qpE×d，ΔEQ＝qQEd，解得：ΔEp∶ΔEQ＝1∶4，C錯(cuò)誤；兩粒子的動(dòng)能增量分別為：ΔEkp＝qpE

8、×d，ΔEkQ＝qQEd，解得：ΔEkp∶ΔEkQ＝1∶4，D錯(cuò)誤． 二、非選擇題 8．板長(zhǎng)為L(zhǎng)的平行金屬板與水平面成θ角放置，板間有勻強(qiáng)電場(chǎng)．一個(gè)帶負(fù)電、電量為q、質(zhì)量為m的液滴，以速度v0垂直于電場(chǎng)方向射入兩板間，如圖所示，射入后液滴沿直線運(yùn)動(dòng)，兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E＝________.液滴離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度為_(kāi)_______．(液滴的運(yùn)動(dòng)方向沒(méi)有改變) [答案]　　 [解析]　受力情況如圖所示，液滴一定沿初速度方向做勻減速運(yùn)動(dòng)．由圖可知，qE＝mgcosθ，所以E＝，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v2－v02＝－2aL，式中a＝gsinθ得v＝. 9．在示波管中，電子通過(guò)電子槍加速，進(jìn)入

9、偏轉(zhuǎn)電極，然后射到熒光屏上．如圖所示，設(shè)電子的質(zhì)量為m(不考慮所受重力)，電量為e，從靜止開(kāi)始，經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)加速，加速電場(chǎng)電壓為U1，然后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，偏轉(zhuǎn)電極中兩板之間的距離為d，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，偏轉(zhuǎn)電壓為U2，求電子射到熒光屏上的動(dòng)能為多大？ [答案]　eU1＋ [解析]　電子在加速電場(chǎng)中加速時(shí)，根據(jù)動(dòng)能定理 eU1＝mvx2 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后L＝vx·t，vy＝at，a＝ 射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)合速度v＝ 以后勻速到達(dá)熒光屏． 故Ek＝mv2＝eU1＋ 10．如圖所示，水平地面上方分布著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)．一“L”形的絕緣硬質(zhì)管豎直固定在勻強(qiáng)電場(chǎng)中．管的水平部分長(zhǎng)為l1＝0.2m，離

10、水平地面的距離為h＝5.0m，豎直部分長(zhǎng)為l2＝0.1m.一帶正電的小球從管的上端口A由靜止釋放，小球與管間摩擦不計(jì)且小球通過(guò)管的彎曲部分(長(zhǎng)度極短可不計(jì))時(shí)沒(méi)有能量損失，小球在電場(chǎng)中受到的靜電力大小為重力的一半，求： (1)小球運(yùn)動(dòng)到管口B時(shí)的速度大??； (2)小球著地點(diǎn)與管的下端口B的水平距離．(g＝10m/s2)． [答案]　(1)2.0m/s　(2)4.5m [解析]　(1)在小球從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，對(duì)小球由動(dòng)能定理有：mvB2－0＝mgl2＋F電l1① 解得：vB＝② 代入數(shù)據(jù)可得：vB＝2.0m/s③ (2)小球離開(kāi)B點(diǎn)后，設(shè)水平方向的加速度為a，位移為s，在空

11、中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t 水平方向有：a＝④ s＝vBt＋at2⑤ 豎直方向有：h＝gt2⑥ 由③～⑥式，并代入數(shù)據(jù)可得：s＝4.5m. 11．(2020·試題調(diào)研)如圖所示，水平放置的平行板電容器，原來(lái)兩極板不帶電，上極板接地，極板長(zhǎng)L＝0.1m，兩板間距離d＝0.4cm，有一束相同的帶電微粒以相同的初速度先后從兩板中央平行于極板射入，由于重力作用微粒能落到下極板上，微粒所帶電荷立即轉(zhuǎn)移到下極板且均勻分布在下極板上．若前一微粒落到下極板上時(shí)后一微粒才能開(kāi)始射入兩極板間．已知微粒質(zhì)量為m＝2×10－6kg，電荷量q＝1×10－8C，電容器電容C＝10－6F，取g＝10m/s2.求： (

12、1)為使第一個(gè)帶電微粒的落點(diǎn)范圍能在下極板中點(diǎn)到右邊緣的B點(diǎn)之內(nèi)，求微粒入射的初速度v0的取值范圍； (2)若帶電微粒以第一問(wèn)中初速度v0的最小值入射，則最多能有多少個(gè)帶電微粒落到下極板上． [答案]　(1)2.5m/s≤v0≤5m/s　(2)600個(gè) [解析]　(1)若第1個(gè)帶電微粒落到下極板中點(diǎn)O，由＝v01t1 ＝gt12，得v01＝2.5m/s 若微粒落到B點(diǎn)，由L＝v02t2，＝gt22得v02＝5m/s 故微粒入射初速度v0的取值范圍為2.5m/s≤v0≤5m/s. (2)由L＝v01t，得t＝4×10－2s 由＝at2，得a＝2.5m/s2 由mg－qE＝ma，

13、E＝，得Q＝6×10－6C 所以n＝＝600(個(gè))． 12．(2020·福建龍巖五校聯(lián)考)如圖所示，在水平光滑絕緣的平面xOy內(nèi)，水平勻強(qiáng)電場(chǎng)方向與x軸負(fù)方向成45°角，電場(chǎng)強(qiáng)度E＝1×103N/C.某帶電小球所帶電荷量為q＝－2×10－6C，質(zhì)量為m＝1×10－3kg，以初速度v0＝2m/s從坐標(biāo)軸原點(diǎn)出發(fā)，初速度v0方向與勻強(qiáng)電場(chǎng)方向垂直，當(dāng)帶電小球再次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)與x軸交于A點(diǎn)，求： (1)從坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)到A點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間； (2)帶電小球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度大小及A點(diǎn)的坐標(biāo)； (3)OA間電勢(shì)差UOA. [答案]　(1)2s　(2)(4，0)　(3)－4×103V [解析]　(1)由題意可知小球在水平面內(nèi)做類平拋運(yùn)動(dòng)，加速度大小為 a＝＝m/s2＝2m/s2① 當(dāng)小球經(jīng)過(guò)x軸上的A點(diǎn)時(shí)有cot45°＝② 由②式解得從坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)到A點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間為 t＝＝s＝2s③ (2)到達(dá)A點(diǎn)時(shí)垂直v0方向的速度為 vE＝at＝2×2m/s＝4m/s④ 所以帶電小球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)速度大小為 vA＝＝m/s＝2m/s⑤ A點(diǎn)的橫坐標(biāo)為：xA＝＝m＝4m⑥ 所以A點(diǎn)的坐標(biāo)為(4，0) (3)OA間電勢(shì)差UOA為UOA＝－EdE＝－Ev0t＝－1×103×4V＝－4×103V⑦