2017-2018高中物理二轮专题检测:(十五)电容器带电粒子在电场中的运动问题含解析.pdf
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1、专题检测(十五)电容器带电粒子在电场中的运动问题 1.(2018 届高三 安庆四校联考)如图所示为一只“极距变化型电容式传 感器”的部分构件示意图。当动极板和定极板之间的距离d 变化时, 电容 C 便发生变化,通过测量电容C 的变化就可知道两极板之间距离d 的变化情 况。在下列选项中能正确反映C 与 d 之间变化规律的图像是() 解析: 选 A根据平行板电容器的决定式C rS 4 kd知,C 与 d成反比,由数学知识可知,图 像为双曲线,A 正确。 2.多选 某电容式话筒的原理示意图如图所示,E 为电源, R 为电 阻,薄片 P 和 Q 为两金属极板,对着话筒说话时,P 振动而 Q 可视为 不
2、 动。在 P、Q 间距增大过程中() AP、Q 构成的电容器的电容增大 BM 点的电势比N 点的高 CM 点的电势比N 点的低 DP 上电荷量减小 解析: 选 BD电容式话筒与电源串联,电压保持不变。在P、Q 间距增大过程中,根据电 容决定式C rS 4 kd得,电容减小,又根据电容定义式 CQ U 得,电容器所带电荷量减小,电容器 的放电电流通过R 的方向由M 到 N,所以 M 点的电势比N 点的高。 故 A、C 错误, B、D 正确。 3多选 如图所示,倾斜放置的平行板电容器两极板与水平面的夹角为 ,极板间距为d, 带负电的微粒质量为m、带电荷量为q,微粒从极板M 的左边缘A 处以初 速度
3、 v0水平射入极板间,沿直线运动并从极板N 的右边缘B 处射出, 则 () A微粒到达B 点时动能为 1 2mv 0 2 B微粒的加速度大小等于gtan C两极板间的电势差UMN mgd qcos D微粒从A 点到 B 点的过程中电势能减少 mgd cos 解析: 选 BC微粒的受力情况如图所示,微粒做匀减速直线运动,到达 B 点时动能小于 1 2mv 0 2,选项 A 错误; 由牛顿第二定律得 mgtan ma,加速 度 agtan ,选项 B 正确; 又电场力Eq mg cos ,两极板间的电场强度E mg qcos ,两板间的电势差UMNEd mgd qcos ,选项 C 正确;微粒从A
4、 向 B 运动,电场力做负功, 电势能增加,选项D 错误。 4如图所示,一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连,极板水平放置,极板间 距为 d, 有一带电粒子P 静止在电容器上部空间中,当在其下极板上快速插入一厚度为L 的不带 电的金属板后,粒子P 开始运动,重力加速度为g。粒子运动的加速度大小为() A. L dg B. L dLg C. dL d gD. d dLg 解析: 选 B设板间电压为U,带电粒子静止时有: U d qmg;当插入金属板后,金属板处 于静电平衡状态,相当于极板间距减小为dd L,由牛顿第二定律得q U d mgma,解得 a L d Lg,故 B 正确。 5带
5、有等量异种电荷的两块等大的平行金属板M、N 水平正对放置。两板间有一带电微粒 以速度 v0沿直线运动,当微粒运动到P 点时,将 M 板迅速向上平移一小段距离后,则此后微粒 的可能运动情况是() A沿轨迹运动B沿轨迹运动 C沿轨迹运动D沿轨迹运动 解析: 选 BM 板平移前,带电微粒做匀速直线运动,所受电场力与重力二力平衡,M 板 移动后,根据C rS 4 kd、U Q C、E U d可得: E 4 kQ rS ,所以两极板间电场强度不变,带电微粒 仍然受力平衡,沿原方向做匀速直线运动,选项B 正确。 6.多选 如图所示,两极板水平放置的平行板电容器与电动势为E 的直流电源连接,下极板接地,静电
6、计外壳接地。闭合开关S 时,带负电的油滴恰好静止于P 点。下列说法正确的是() A若将 A 极板向下平移一小段距离,平行板电容器的电容将变小 B若将 A 极板向上平移一小段距离,静电计指针张角不变 C若将 A 极板向下平移一小段距离,P 点电势将升高 D若断开开关S,再将 A 极板向下平移一小段距离,则带电油滴将向下运动 解析: 选 BC把 A 极板下移,间距d减小,由 C rS 4 kd知,电容 C 增大, A 错误;电容器 与电源相连,电势差不变,静电计指针张角不变,B 正确; A 极板下移, d 减小,由 EU d 知, E 增大, P 点与下极板间电势差增大,则P 点电势升高,故C 正
7、确;断开开关S,电荷量不变, 下移 A 板, E 不变,油滴仍不动,D 错误。 7.多选 (2017 广州模拟 )如图所示, 电容器两极板与电源正负极相连 , 在将电容器两极板间的距离由d迅速增大为2d 的过程中, 下列说法正确 的 是() A电容器两板间电压始终不变 B电容器两板间电压瞬时升高后又恢复原值 C根据 QCU 可知,电容器带电荷量先增大后减小 D电路中电流由B 板经电源流向A 板 解析: 选 BD在将电容器两极板间距离迅速增大的过程中,电容器极板上的电荷量未来得 及变化,即Q 不变,则C Q U Q Ed,又 C rS 4 kd ,所以 Q Ed rS 4 kd ,所以 E 4
8、kQ rS 也不变,而U Ed,故 U 增大, 但最终电压U 要与电源电压相等,故 A 错误, B 正确; 此后, 因为 C rS 4 kd, 所以 d增大时, C 减小,由 QCU,所以 Q 减小,电路中有瞬时电流,方向由B 板经电源流向 A 板,故 D 正确, C 错误。 8.如图所示,平行板电容器与恒压电源连接,电子以速度v0垂直于电场线方向射入并穿过 平行板间的电场,若仅使电容器上极板上移,设电容器极板上所带电荷量为 Q,电子穿出平行板时在垂直于板面方向偏移的距离为y,以下说法正确的 是 () AQ 减少, y 不变BQ 减少, y 减小 CQ 增大, y 减小DQ 增大, y增大 解
9、析: 选 B上极板上移,两板间距增大,电容器电容减小,板间电场强度减小,由Q CU 可知, Q 减小, C、D 均错误;由y1 2 Eql 2 mv0 2可知,因 E 减小,电子偏转距离y 减小,故B 正确, A 错误。 9.(2018 届高三 商丘调研 )如图所示, R0为定值电阻, 电源电 动 势 E 恒定,内阻不能忽略,当开关闭合,滑片P 位于滑动变阻器R左 端 点 a 时,水平放置的平行金属板间有一带电液滴正好处于静止状态 , 在将滑片P 由左端点a 滑向右端点b 的过程中,下列关于液滴的带 电 情况及运动情况(液滴始终没与极板相碰)分析正确的是() A液滴带正电,液滴将向上做匀加速直
10、线运动 B液滴带正电,液滴将以原平衡位置为中心做往复运动 C液滴带正电,液滴将向上做变加速直线运动 D液滴带负电,液滴将向上做变速直线运动 解析: 选 C当开关闭合,滑片P 位于滑动变阻器R 左端点 a 时,液滴在重力和电场力作 用下处于平衡状态,所以电场力竖直向上,由题图知下极板带正电,即液滴一定带正电,D 项 错误;因滑片由左端点a 滑向右端点b 的过程中,外电路总电阻先增大后减小,电路的总电流 先减小后增大,内电压先减小后增大,即电源的路端电压先增大后减小,所以电容器两极板间 电压先增大后减小,由E U d可知电容器两极板间电场强度先增大后减小,但方向不变,所以液 滴的加速度先增大后减小
11、,方向一直向上,即液滴将向上做变加速直线运动,C 项正确, A、B 项错误。 10.(2016天津高考 )如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金 属外壳和电容器下极板都接地。在两极板间有一固定在P 点的点电荷,以E 表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P 点的电势能, 表示静电计 指 针的偏角。若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚 线 位置,则 () A增大, E 增大B增大, Ep不变 C减小, Ep增大 D减小, E 不变 解析: 选 D由题意可知平行板电容器的带电荷量Q 不变,当下极板不动,上极板向下移 动一段距离时,两极板间距d 减小,则电容C
12、 变大,由U Q C可知 U 变小,则静电计指针的偏 角 减小。又因为两板间电场强度E U d Q Cd 4 kQ rS ,Q、S不变,则 E 不变。因为E 不变,则 点电荷从P 点移动到下极板(电势为零 )电场力做功不变,电势能的变化相同,则点电荷在P 点的 电势能 Ep不变,故只有选项D 正确。 11.如图所示,平行板电容器的两金属板A、 B 竖直放置,电容器所带 电 荷量为 Q,一液滴从A 板上边缘由静止释放,液滴恰好能击中B 板的中点 O,若电容器所带电荷量增加Q1,液滴从同一位置由静止释放,液滴恰 好 击 中 OB 的中点 C,若电容器所带电荷量减小Q2,液滴从同一位置由静止释 放,
13、液滴恰好击中B 板的下边缘D 点,则 Q1 Q2 ( ) A1 B2 C3 D4 解析: 选 B由运动的合成与分解知液滴在竖直方向做自由落体运动,水平方向在电场力作 用下做初速度为零的匀加速直线运动,设两金属板长为L、间距为d、正对面积为S,两极板间 场强为E,液滴所带电荷量为q、质量为m,则竖直方向有h1 2gt 2,水平方向有 d 1 2 qE m t 2,E U d Q Cd 4 kQ rS ,所以 Q h常数, 即 Q L 2 (QQ 1) L 4 ,Q L 2(QQ 2) L,联立得 Q1 Q2 2,B 对。 12.如图所示,理想二极管(具有单向导电性)、平行板电容器、电源 组 成闭
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