2018年秋东方思维高三物理第一轮复习课时跟踪练：第七章第三讲电容带电粒子在电场中的运动 Word版含解析.pdf

第七章第七章 电场电场 第三讲第三讲 电容电容 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 课时跟踪练课时跟踪练 A 组 基础巩固组 基础巩固 1.如图所示，从如图所示，从 F 处释放一个无初速度的电子向处释放一个无初速度的电子向 B 板方向运动， 指出下列对电子运动的描述中哪句是错误的 板方向运动， 指出下列对电子运动的描述中哪句是错误的(设电源电动势为设电源电动势为 U)( ) A电子到达电子到达 B 板时的动能是板时的动能是 Ue B电子从电子从 B 板到达板到达 C 板动能变化量为零板动能变化量为零 C电子到达电子到达 D 板时动能是板时动能是 3Ue D电子在电子在 A 板和板和 D 板之间做往复运动板之间做往复运动 解析：解析：电子在电子在 AB 之间做匀加速运动，且之间做匀加速运动，且 eUEk，A 正确； 在 正确； 在 BC 之间做匀速运动，之间做匀速运动，B 正确；在正确；在 CD 之间做匀减速运动，到达之间做匀减速运动，到达 D 板时，速度减为零，板时，速度减为零，C 错误，错误，D 正确正确 答案：答案：C 2.(2017·苏北四市期末苏北四市期末)在研究影响平行板电容器电容大小因素 的实验中， 一已充电的平行板电容器与静电计连接如图所示 现保持 在研究影响平行板电容器电容大小因素 的实验中， 一已充电的平行板电容器与静电计连接如图所示 现保持 B 板不动，适当移动板不动，适当移动 A 板，发现静电计指针张角减小，则板，发现静电计指针张角减小，则 A 板可能 是 板可能 是( ) A右移 右移 B左移左移 C上移上移 D下移下移 解析 ：解析 ： 将将 A 板向右移一些，板间距离减小，由电容的决定式板向右移一些，板间距离减小，由电容的决定式 C 可知，电容增大，而电容器电量不变，由 可知，电容增大，而电容器电量不变，由 C 分析得知，板间 分析得知，板间 r rS S 4 4k kd d Q Q U U 电势差减小，则静电计指针偏角减小；相反，同理可知，电势差减小，则静电计指针偏角减小；相反，同理可知，A 板向左移 一些时，静电计指针偏角增大，故 板向左移 一些时，静电计指针偏角增大，故 A 正确，正确，B 错误 ；错误 ； A 板向上移一些， 两极板正对面积减小，由电容的决定式 板向上移一些， 两极板正对面积减小，由电容的决定式 C可知，电容减小，可知，电容减小， r rS S 4 4k kd d 而电容器电量不变，由而电容器电量不变，由 C 分析得知，板间电势差增大，则静电计 分析得知，板间电势差增大，则静电计 Q Q U U 指针偏角增大，故指针偏角增大，故 C 错误；同理，错误；同理，D 错误错误 答案：答案：A 3 (多选多选)电容式传感器的应用非常广泛， 如图所示的甲、 乙、 丙、 丁是四种常见的电容式传感器，下列判断正确的是 电容式传感器的应用非常广泛， 如图所示的甲、 乙、 丙、 丁是四种常见的电容式传感器，下列判断正确的是( ) A图甲中两极间的电压不变，若有电流流向传感器正极，则图甲中两极间的电压不变，若有电流流向传感器正极，则 h 正在变小正在变小 B图乙中两极间的电荷量不变，若两极间电压正在增大，则图乙中两极间的电荷量不变，若两极间电压正在增大，则 正在变大正在变大 C图丙中两极间的电荷量不变，若两极间电压正在减小，则图丙中两极间的电荷量不变，若两极间电压正在减小，则 x 正在变大正在变大 D 图丁中两极间的电压不变， 若有电流流向传感器的负极， 则 图丁中两极间的电压不变， 若有电流流向传感器的负极， 则 F 为压力且正在变大为压力且正在变大 解析 ：解析 ： 题图甲中两极间距离不变，若题图甲中两极间距离不变，若 h 变小，表明两极板间正对 面积减小，由 变小，表明两极板间正对 面积减小，由 C可知对应电容减小，电压不变时，电容器带可知对应电容减小，电压不变时，电容器带 r rS S 4 4k kd d 电荷量减小，正在放电，故电流流向传感器负极，电荷量减小，正在放电，故电流流向传感器负极，A 错 ； 题图乙中两 极间的电荷量不变，若电压正在增大，由 错 ； 题图乙中两 极间的电荷量不变，若电压正在增大，由 C 可知电容正在减小， 可知电容正在减小， Q Q U U 板间距离不变，正对面积减小，则动片正在旋出，板间距离不变，正对面积减小，则动片正在旋出， 正在变大，正在变大，B 对 ； 题图丙中两极间的电荷量、板间距离不变，若板间电压正在减小，表 明电容正在增大，电介质正在插入， 对 ； 题图丙中两极间的电荷量、板间距离不变，若板间电压正在减小，表 明电容正在增大，电介质正在插入，x 正在增大，正在增大，C 对；题图丁中两 极间的电压、极板正对面积不变，若有电流流向传感器的负极，表明 电容器正在放电，电容减小，板间距离增大，若 对；题图丁中两 极间的电压、极板正对面积不变，若有电流流向传感器的负极，表明 电容器正在放电，电容减小，板间距离增大，若 F 为压力则应是为压力则应是 F 正在减小，正在减小，D 错错 答案：答案：BC 4.如图所示，一价氢离子如图所示，一价氢离子(H )和二价氦离子 和二价氦离子(He2 )的混合体，经 同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一 荧光屏上，则它们 的混合体，经 同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一 荧光屏上，则它们( ) A同时到达屏上同一点同时到达屏上同一点 B先后到达屏上同一点先后到达屏上同一点 C同时到达屏上不同点同时到达屏上不同点 D先后到达屏上不同点先后到达屏上不同点 解析 ：解析 ： 一价氢离子一价氢离子(H )和二价氦离子 和二价氦离子(He2 )的比荷不同， 由 的比荷不同， 由 qU mv2可知经过加速电场获得的末速度不同，因此在加速电场及偏转可知经过加速电场获得的末速度不同，因此在加速电场及偏转 1 1 2 2 电场中的运动时间均不同，但在偏转电场中偏转距离电场中的运动时间均不同，但在偏转电场中偏转距离 y at2 1 1 2 2 U U2 2L L2 4 4U U1 1d d 相同，所以会打在同一点，相同，所以会打在同一点，B 正确正确 答案：答案：B 5. (多选多选)(2018·沈阳模拟沈阳模拟)如图所示，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 如图所示，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所受重力与电场力平衡 B电势能逐渐增加电势能逐渐增加 C动能逐渐增加动能逐渐增加 D做匀变速直线运动做匀变速直线运动 解析 ：解析 ： 分析带电粒子的受力情况，画出其受力图如图所示可以 看出其合力方向与其速度方向相反 所以， 带电粒子在电场中做匀减 速运动电场力做负功，重力不做功，动能减少，电势能增加，故选 项 分析带电粒子的受力情况，画出其受力图如图所示可以 看出其合力方向与其速度方向相反 所以， 带电粒子在电场中做匀减 速运动电场力做负功，重力不做功，动能减少，电势能增加，故选 项 A、C 错误，选项错误，选项 B、D 正确正确 答案：答案：BD 6.(2017·广州一模广州一模)如图所示，竖直平行金属板分别与电源正、负如图所示，竖直平行金属板分别与电源正、负 极相接， 一带电颗粒沿图中直线从极相接， 一带电颗粒沿图中直线从 A 向向 B 运动， 则该带电颗粒运动， 则该带电颗粒( ) A动能减小动能减小 B电势能减小电势能减小 C机械能减小机械能减小 D可能带负电可能带负电 解析 ：解析 ： 重力和电场力对带电颗粒做正功，重力势能和电势能转化 为动能，其动能增加，故 重力和电场力对带电颗粒做正功，重力势能和电势能转化 为动能，其动能增加，故 A 项错误；电场力对带电颗粒做正功，其 电势能逐渐转化为机械能， 电势能逐渐减小， 机械能不断增加， 故 项错误；电场力对带电颗粒做正功，其 电势能逐渐转化为机械能， 电势能逐渐减小， 机械能不断增加， 故 B 项正确，项正确，C 项错误 ； 带电颗粒向负极板运动，电场力做正功，则带电 颗粒带正电，故 项错误 ； 带电颗粒向负极板运动，电场力做正功，则带电 颗粒带正电，故 D 项错误项错误 答案：答案：B 7. (2018·鞍山模拟鞍山模拟)如图所示， 在竖直向上的匀强电场中， 一根不 可伸长的绝缘细绳的一端系着一个带电小球，另一端固定于 如图所示， 在竖直向上的匀强电场中， 一根不 可伸长的绝缘细绳的一端系着一个带电小球，另一端固定于 O 点， 小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为 点， 小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为 a，最低点为，最低点为 b.不计空 气阻力，则下列说法正确的是 不计空 气阻力，则下列说法正确的是( ) A小球带负电小球带负电 B电场力跟重力平衡电场力跟重力平衡 C小球在从小球在从 a 点运动到点运动到 b 点的过程中，电势能减少点的过程中，电势能减少 D小球在运动过程中机械能守恒小球在运动过程中机械能守恒 解析 ：解析 ： 由于小球在竖直平面内做匀速圆周运动，速率不变化，由 动能定理可知，外力做功为零，绳子拉力不做功，电场力和重力做的 总功为零，所以电场力和重力的合力为零，电场力跟重力平衡， 由于小球在竖直平面内做匀速圆周运动，速率不变化，由 动能定理可知，外力做功为零，绳子拉力不做功，电场力和重力做的 总功为零，所以电场力和重力的合力为零，电场力跟重力平衡，B 正 确 ； 由于电场力的方向与重力方向相反，电场方向向上，所以小球带 正电， 正 确 ； 由于电场力的方向与重力方向相反，电场方向向上，所以小球带 正电，A 错误；小球在从错误；小球在从 a 点运动到点运动到 b 点的过程中，电场力做负功， 由功能关系得，电势能增加， 点的过程中，电场力做负功， 由功能关系得，电势能增加，C 错误 ； 在整个运动过程中，除重力做 功外，还有电场力做功，小球在运动过程中机械能不守恒， 错误 ； 在整个运动过程中，除重力做 功外，还有电场力做功，小球在运动过程中机械能不守恒，D 错误错误 答案：答案：B 8. (2018·长沙模拟长沙模拟)如图所示， 水平位置的平行板电容器， 原来如图所示， 水平位置的平行板电容器， 原来 A、 B 两板不带电，两板不带电， B 极板接地， 它的极板长极板接地， 它的极板长 l0.1 m， 两板间距离， 两板间距离 d0. 4 cm，现有一微粒质量，现有一微粒质量 m2.0××10 6 kg，带电荷量 ，带电荷量 q1.0××10 8 C，以一定初速度从两板中央平行于极板射入，由于重力作用微粒恰 好能落到 ，以一定初速度从两板中央平行于极板射入，由于重力作用微粒恰 好能落到 A 板的中点板的中点 O 处，取处，取 g10 m/s2.试求：试求： (1)带电粒子入射初速度带电粒子入射初速度 v0的大小；的大小； (2)现使电容器带上电荷，使带电微粒能从平行板电容器的右侧 射出，则带电后 现使电容器带上电荷，使带电微粒能从平行板电容器的右侧 射出，则带电后 A 板的电势范围？板的电势范围？ 解析：解析：(1)电容器不带电时，微粒做平抛运动，电容器不带电时，微粒做平抛运动， 则有 则有 v0t， ， gt2， l l 2 2 d d 2 2 1 1 2 2 联立两式得联立两式得 v0 . l l 2 2 g g d d 代入数据得代入数据得 v02.5 m/s. (2)若使微粒能从电容器右侧射出，则要求若使微粒能从电容器右侧射出，则要求 A 板的电势大于板的电势大于 0， 且 ， 且 B 板接地电势等于板接地电势等于 0， 则有则有 UABABA. A 板电势最小时，微粒刚好从板电势最小时，微粒刚好从 A 板右侧边缘射出，板右侧边缘射出， 则有则有 lv0t1， ， a1t . d d 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 且且 mgqma1， A Am mi in n d d 联立以上各式得联立以上各式得 Amin6 V. A 板电势最大时， 微粒刚好从板电势最大时， 微粒刚好从 B 板右侧边缘射出， 则有板右侧边缘射出， 则有 q A Am ma ax x d d mgma2， 且有且有 a2a1， 代入数据解得代入数据解得 Amax10 V. 综上可得综上可得 6 VA10 V. 答案：答案：(1)2.5 m/s (2)6 VA10 V B 组 能力提升组 能力提升 9(多选多选) (2018·宜昌模拟宜昌模拟)如图所示，水平放置的平行板电容器， 上板带负电，下板带正电，断开电源，带电小球以速度 如图所示，水平放置的平行板电容器， 上板带负电，下板带正电，断开电源，带电小球以速度 v0水平射入 电场，且沿下板边缘飞出若下板不动，将上板上移一小段距离，小 球仍以相同的速度 水平射入 电场，且沿下板边缘飞出若下板不动，将上板上移一小段距离，小 球仍以相同的速度 v0从原处飞入，则带电小球从原处飞入，则带电小球( ) A将打在下板中央将打在下板中央 B仍沿原轨迹运动由下板边缘飞出仍沿原轨迹运动由下板边缘飞出 C不发生偏转，沿直线运动不发生偏转，沿直线运动 D若上板不动，将下板上移一段距离，小球可能打在下板的中 央 若上板不动，将下板上移一段距离，小球可能打在下板的中 央 解析 ：解析 ： 由题意可知电容器所带电荷量不变， 因由题意可知电容器所带电荷量不变， 因 E ， ， U U d d Q Q C Cd d 4 4k kQ Q r rS S 所以上板上移一小段距离， 电容器产生的场强不变， 以相同速度入射 的小球仍将沿原轨迹运动由下板边缘飞出，选项 所以上板上移一小段距离， 电容器产生的场强不变， 以相同速度入射 的小球仍将沿原轨迹运动由下板边缘飞出，选项 B 正确，选项正确，选项 A、C 错误 ； 若上板不动， 将下板上移一段距离， 小球可能打在下板的中央， 选项 错误 ； 若上板不动， 将下板上移一段距离， 小球可能打在下板的中央， 选项 D 正确正确 答案：答案：BD 10. (2018·大连模拟大连模拟)如图所示，竖直放置的两个平行金属板间存 在匀强电场， 与两板上边缘等高处有两个质量相同的带电小球， 小球 如图所示，竖直放置的两个平行金属板间存 在匀强电场， 与两板上边缘等高处有两个质量相同的带电小球， 小球 A 从紧靠左极板处由静止开始释放，小球从紧靠左极板处由静止开始释放，小球 B 从两板正中央由静止开 始释放， 两小球最终都能运动到右极板上的同一位置， 则从开始释放 到运动至右极板的过程中，下列判断正确的是 从两板正中央由静止开 始释放， 两小球最终都能运动到右极板上的同一位置， 则从开始释放 到运动至右极板的过程中，下列判断正确的是( ) A运动时间运动时间 tAtB B电荷量之比电荷量之比 qAqB21 C机械能增加量之比机械能增加量之比EAEB21 D机械能增加量之比机械能增加量之比EAEB11 解析：解析：两小球在竖直方向上做自由落体运动，由两小球在竖直方向上做自由落体运动，由 h gt2得运动得运动 1 1 2 2 时间相同，故时间相同，故 A 项错误；两球的水平分运动都是初速度为项错误；两球的水平分运动都是初速度为 0 的匀加 速运动，有 的匀加 速运动，有 qEma，x at2，所以，所以 x，由于两球水平分位移，由于两球水平分位移 1 1 2 2 q qE Et t2 2 2 2m m 之比为之比为 21，故，故 qAqB21，即，即 B 项正确；机械能的增加量等于 电场力做的功，有 项正确；机械能的增加量等于 电场力做的功，有EqEL，所以，所以EAEB41，故，故 C、D 都 错误 都 错误 答案：答案：B 11.(多选多选)(2018·太原模拟太原模拟)如图所示， 绝缘弹簧的下端固定在光滑 斜面底端，弹簧与斜面平行，带电小球 如图所示， 绝缘弹簧的下端固定在光滑 斜面底端，弹簧与斜面平行，带电小球 Q(可视为质点可视为质点)固定在绝缘斜 面上的 固定在绝缘斜 面上的 M 点，且在通过弹簧中心的直线点，且在通过弹簧中心的直线 ab 上现将与上现将与 Q 大小相同， 带电性也相同的小球 大小相同， 带电性也相同的小球 P 从直线从直线 ab 上的上的 N 点由静止释放， 若两小球可 视为点电荷在小球 点由静止释放， 若两小球可 视为点电荷在小球 P 与弹簧接触到速度变为零的过程中，下列说 法中正确的是 与弹簧接触到速度变为零的过程中，下列说 法中正确的是( ) A小球小球 P 的速度一定先增大后减小的速度一定先增大后减小 B小球小球 P 的机械能一直在减少的机械能一直在减少 C小球小球 P 速度最大时所受弹簧弹力和库仑力的合力为零速度最大时所受弹簧弹力和库仑力的合力为零 D小球小球 P 与弹簧组成的系统机械能一定增加与弹簧组成的系统机械能一定增加 解析：解析：带电小球带电小球 P 在沿斜面方向受到重力沿斜面向下的分力、 沿斜面向下的库仑斥力 在沿斜面方向受到重力沿斜面向下的分力、 沿斜面向下的库仑斥力 F，小球，小球 P 与弹簧接触的最初阶段，弹与弹簧接触的最初阶段，弹 k kq q2 2 r r2 2 簧弹力小于簧弹力小于 mgsin ，小球，小球 P 先加速，由于弹簧弹力逐渐增大，先加速，由于弹簧弹力逐渐增大， k kq q2 2 r r2 2 库仑斥力逐渐减小，故合力变小，加速度变小，即第一阶段是加速度 逐渐减小的加速运动，第二阶段弹簧弹力大于 库仑斥力逐渐减小，故合力变小，加速度变小，即第一阶段是加速度 逐渐减小的加速运动，第二阶段弹簧弹力大于 mgsin ，合力沿，合力沿 k kq q2 2 r r2 2 斜面向上，弹簧弹力逐渐增大，库仑斥力逐渐减小，合力变大，加速 度变大， 即第二阶段是加速度逐渐变大的减速运动， 直到速度减小为 斜面向上，弹簧弹力逐渐增大，库仑斥力逐渐减小，合力变大，加速 度变大， 即第二阶段是加速度逐渐变大的减速运动， 直到速度减小为 0，选项，选项 A 正确；小球正确；小球 P 的机械能变化等于除重力外其他力做的功，的机械能变化等于除重力外其他力做的功， 即库仑力和弹簧弹力的合力做的功，初始阶段弹簧弹力小于库仑斥 力，二者合力做正功，机械能增大，当弹簧弹力大于库仑斥力后，二 者合力做负功，机械能减小，选项 即库仑力和弹簧弹力的合力做的功，初始阶段弹簧弹力小于库仑斥 力，二者合力做正功，机械能增大，当弹簧弹力大于库仑斥力后，二 者合力做负功，机械能减小，选项 B 错误；小球错误；小球 P 的速度最大时即 加速度等于 的速度最大时即 加速度等于 0 时，弹簧弹力等于库仑力和重力沿斜面向下的分力之 和，选项 时，弹簧弹力等于库仑力和重力沿斜面向下的分力之 和，选项 C 错误；小球错误；小球 P 与弹簧组成的系统的机械能变化等于除系 统弹力和重力外其他力做的功， 即库仑斥力做的功， 由于库仑斥力做 正功，故系统的机械能增加，选项 与弹簧组成的系统的机械能变化等于除系 统弹力和重力外其他力做的功， 即库仑斥力做的功， 由于库仑斥力做 正功，故系统的机械能增加，选项 D 正确正确 答案：答案：AD 12. (2018·衡阳模拟衡阳模拟)如图所示，水平放置的平行板电容器，两板 间距离为 如图所示，水平放置的平行板电容器，两板 间距离为 d8 cm，板长为，板长为 L25 cm，接在直流电上，有一带电液 滴以 ，接在直流电上，有一带电液 滴以 v00.5 m/s 的初速度从板间的正中央水平射入，恰好做匀速直 线运动，当它运动到 的初速度从板间的正中央水平射入，恰好做匀速直 线运动，当它运动到 P 处时迅速将下板向上提起处时迅速将下板向上提起 cm，液滴刚好从，液滴刚好从 4 4 3 3 金属板末端飞出金属板末端飞出(g 取取 10 m/s2)，求：，求： (1)将下板向上提起后，液滴的加速度大小；将下板向上提起后，液滴的加速度大小； (2)液滴从射入电场开始计时， 匀速运动到液滴从射入电场开始计时， 匀速运动到P点所用时间为多少？点所用时间为多少？ 解析：解析：(1)带电液滴在板间受重力和竖直向上的电场力，因为液 滴匀速运动，所以有 带电液滴在板间受重力和竖直向上的电场力，因为液 滴匀速运动，所以有 qEmg， 即即 qUmgd. 当下板向上提后，当下板向上提后，d 减小，减小，E 增大，电场力增大，故液滴向上偏 转，在电场中做类平抛运动 增大，电场力增大，故液滴向上偏 转，在电场中做类平抛运动 此时液滴所受电场力此时液滴所受电场力 Fq， U U d d m mg gd d d d a g2 m/s2. F Fmg m m mg g( d d d d 1) m 1 1 5 5 (2)因为液滴刚好从金属板末端飞出，所以液滴在竖直方向上的 位移是 因为液滴刚好从金属板末端飞出，所以液滴在竖直方向上的 位移是 . d d 2 2 设液滴从设液滴从 P 点开始在匀强电场中飞行的时间为点开始在匀强电场中飞行的时间为 t1，则，则 at ， d d 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 解得解得 t10.2 s. d d a a 而液滴从刚进入电场到出电场的时间而液滴从刚进入电场到出电场的时间 t20.5 s. L L v v0 0 所以液滴从射入电场开始到匀速运动到所以液滴从射入电场开始到匀速运动到P点的时间为点的时间为tt2t1 0.3 s. 答案：答案：(1)2 m/s2 (2)0.3 s