1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。课时巩固过关练 九电场及带电粒子在电场中的运动(60分钟100分)一、选择题(本大题共10小题,每小题5分,共50分。第17题只有一项符合题目要求,第810题有多项符合题目要求)1.(2016浙江高考)以下说法正确的是()A.在静电场中,沿着电场线方向电势逐渐降低B.外力对物体所做的功越多,对应的功率越大C.电容器电容C与电容器所带电荷量Q成正比D.在超重和失重现象中,地球对物体的实际作用力发生了变化【解析】选A。在静电场中如果沿着电场线方向移动正电荷,电场力做正功,电势
2、能减少,根据电势的定义式=,可知电势降低,如果沿电场线方向移动负电荷,电场力做负功,电势能增加,根据=,把-q代入,电势降低,可判断A正确;在时间相同的情况下,外力对物体做功越多,对应的功率越大,B项错误;公式C=是电容器电容的定义式或者说是计算式,不是电容器电容的决定式。电容器的电容不随电容器所带的电荷量Q和极板间电压U的变化而变化,C项错误;不管物体处于失重状态还是超重状态,物体本身的重力并没有改变,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)不等于物体本身的重力,D项错误。故选A。2.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
3、当移动A板,发现静电计指针张角减小,则A板可能是()A.右移B.左移C.上移D.下移【解析】选A。将A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,而电容器带电量不变,由C=分析得知,板间电势差减小,则静电计指针偏角减小;同理可知,A板向左移一些时,静电计指针张角增大,故选项A正确,B错误;A板向上或向下移一些,两极板正对面积减小,由电容的决定式C=可知,电容减小,而电容器带电量不变,由C=分析得知,板间电势差增大,则静电计指针张角增大,故选项C、D错误。3.(2016江苏高考)一金属容器置于绝缘板上,带电小球用绝缘细线悬挂于容器中,容器内的电场线分布如图所示。容器内表面为等势
4、面,A、B为容器内表面上的两点,下列说法正确的是()A.A点的电场强度比B点的大B.小球表面的电势比容器内表面的低C.B点的电场强度方向与该处内表面垂直D.将检验电荷从A点沿不同路径移到B点,电场力所做的功不同【解题指南】(1)电场线的疏密反映电场强度的大小。(2)顺着电场线的方向,电势一定依次降低。(3)等势面始终与电场线垂直。(4)静电力做的功等于电势能的减少量:WAB=EpA-EpB=q(A-B)=qUAB。【解析】选C。B点的电场线比A点的电场线密,所以B点的电场强度大,A错误;比较电势高低看电场线的方向,沿着电场线方向电势降低,所以B项错误;容器内表面为等势面,电场线与等势面永远垂直
5、,C项正确;电场力做功与路径无关,取决于初末两点电势差,所以将检验电荷从A点沿不同路径移到B点,电场力所做的功相同,D项错误。4.(2016海南高考)如图,平行板电容器两极板的间距为d,极板与水平面成45角,上极板带正电。一电荷量为q(q0)的粒子在电容器中靠近下极板处,以初动能Ek0竖直向上射出。不计重力,极板尺寸足够大。若粒子能打到上极板,则两极板间电场强度的最大值为()A.B.C.D.【解析】选B。对粒子进行受力分析如图所示,可知粒子的运动方向与所受的合力不在同一条直线上,粒子做曲线运动,若粒子恰能到达上极板时,其速度与极板平行,电场强度有最大值。将粒子的初速度v0分解为垂直于极板的vy
6、和平行于极板的vx两个分量,当vy=0时,粒子恰能到达上极板,速度与极板平行,根据-=-2d,由于vy=v0cos45,Ek0=m,联立整理得到:E=,故选项B正确。【加固训练】如图所示,水平放置的平行金属板A、B连接一恒定电压,两个质量相等的电荷M和N同时分别从极板A的边缘和两极板的正中间沿水平方向进入板间电场,两电荷恰好在板间某点相遇。若不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用,则下列说法正确的是()A.电荷M的电荷量小于电荷N的电荷量B.两电荷在电场中运动的加速度相等C.从两电荷进入电场到两电荷相遇,电场力对电荷M做的功大于电场力对电荷N做的功D.电荷M进入电场的初速度大小与电荷N进入电场的
7、初速度大小一定相同【解析】选C。电荷在电场中运动的加速度a=,从轨迹可以看出yMyN,即t2t2,又有mM=mN,解得qMqN,故选项A、B错误;电场力做的功为W=qEy,M受到的电场力比N大,M电荷竖直分位移大,故电场力对电荷M做的功大于电场力对电荷N做的功,选项C正确;从轨迹可以看出xMxN,即vMtvNt,解得vMvN,故选项D错误。5.(2016桂林一模)如图所示,一带电小球悬挂在竖直放置的平行板电容器内,当开关S闭合,小球静止时,悬线与竖直方向的夹角为。则()A.当开关S断开时,若减小平行板间的距离,则夹角增大B.当开关S断开时,若增大平行板间的距离,则夹角增大C.当开关S闭合时,若
8、减小平行板间的距离,则夹角增大D.当开关S闭合时,若减小平行板间的距离,则夹角减小【解析】选C。当断开开关S时,电容器所带的电量不变,由电容的决定式C=、电容的定义式C=和E=解得E=,则知电容器板间距离d变化时,板间场强E不变,小球所受的电场力不变,则不变,故选项A、B错误;保持开关S闭合,电容器两板间的电势差U不变,若减小平行板间的距离,由E=知,板间的电场强度E增大,小球所受的电场力变大,则增大,故选项C正确,D错误。6.如图所示,左侧为加速电场,右侧为偏转电场,加速电场的加速电压是偏转电场电压的k倍。有一初速度为零的电荷经加速电场加速后,从偏转电场两板正中间垂直电场方向射入,且正好能从
9、极板下边缘穿出电场,不计电荷的重力,则偏转电场长宽之比的值为()A.B.C.D.【解析】选B。设加速电压为U1,偏转电压为U2,因为qU1=m,电荷离开加速电场时的速度v0=;在偏转电场中=t2,解得t=d,水平距离l=v0t=d=d=d,所以=,B正确。7.(2016南通一模)如图甲所示,两平行金属板MN、PQ的板长和板间距离相等,板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场,电场方向与两板垂直,在t=0时刻,一不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方向射入电场,粒子射入电场时的速度为v0,t=T时刻粒子刚好沿MN板右边缘射出电场。则()A.该粒子射出电场时的速度方向一定是沿垂直电场方向的B.在
10、t=时刻,该粒子的速度大小为2v0C.若该粒子在时刻以速度v0进入电场,则粒子会打在板上D.若该粒子的入射速度变为2v0,则该粒子仍在t=T时刻射出电场【解析】选A。粒子射入电场,在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上前半个周期内先做匀加速直线运动,在后半个周期内做匀减速直线运动,一个周期末竖直方向上的分速度为零,可知粒子射出电场时的速度方向一定沿垂直电场方向,故选项A正确;在t=时刻,粒子在水平方向上的分速度为v0,因为两平行金属板MN、PQ的板长和板间距离相等,则有v0T=2,解得vy=2v0,根据平行四边形定则知,粒子的速度为v=v0,故选项B错误;若该粒子在时刻以速度v0进入电场,粒
11、子在竖直方向上的运动情况与0时刻进入时运动的方向相反,运动规律相同,则粒子不会打在板上,故选项C错误;若该粒子的入射速度变为2v0,则粒子射出电场的时间t=,故选项D错误。8.(2016上饶一模)如图所示四个电场空间,A图中ab连线平行于两极板;B、D图中a、b在点电荷(等电荷量)连线垂直平分线上。在这四个电场空间里,一带正电粒子(重力不计)可以做匀速圆周运动,经过a、b两点的电场是()【解析】选B、C。A图中ab连线平行于两极板,是匀强电场,受到的电场力大小与方向均不变,不可能提供向心力,故A错误;B图中受到的电场力总指向O点,当所提供的向心力等于需要的向心力时,即可做匀速圆周运动,故B正确
12、;C图中,受到电场力总指向圆心,当所提供的向心力等于需要的向心力时,即可做匀速圆周运动,故C正确;D图中,受到电场力不是指向O点,即不指向圆心,因此带正电粒子不可能做匀速圆周运动,故D错误。9.(2016全国卷)如图,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称。忽略空气阻力。由此可知()A.Q点的电势比P点高B.油滴在Q点的动能比它在P点的大C.油滴在Q点的电势能比它在P点的大D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小【解析】选A、B。带负电荷的油滴在匀强电场中运动,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称,由此可判断匀强电场方向竖直向下,Q点的电势
13、比P点高,油滴的加速度不变,A对、D错;油滴由P到Q过程电场力做正功大于重力做的负功,电势能减小,动能增大,B对、C错。故选A、B。10.(2016海南高考)如图,一带正电的点电荷固定于O点,两虚线圆均以O为圆心,两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹,a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点。不计重力。下列说法正确的是()A.M带负电荷,N带正电荷B.M在b点的动能小于它在a点的动能C.N在d点的电势能等于它在e点的电势能D.N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功【解析】选A、B、C。由图中带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹可知,粒子M受到引力作用所以带负电,粒子N受到斥力作用
14、所以带正电,选项A正确;由于a点比b点更靠近带正电的点电荷,所以粒子M由a点运动到b点的过程中粒子要克服电场力做功,动能减小,选项B正确;d点和e点在同一个等势面上,所以N在d点的电势能等于它在e点的电势能,选项C正确;粒子N带正电,从c点运动到d点的过程中电场力做正功,选项D错误。【总结提升】电势能大小及其变化分析的两个思路(1)做功角度:根据静电力做功与电势能变化的关系分析、判断带电粒子电势能及其变化。静电力做正功,粒子的电势能减少,静电力做负功,则粒子的电势能增加。(2)转化角度:只有静电力做功时,电势能与动能可以相互转化,动能减小,电势能增加,动能增大,电势能减少。二、计算题(本大题共
15、4小题,共50分。需写出规范的解题步骤)11.(9分)(2016四川高考)中国科学家2015年10月宣布中国将在2020年开始建造世界上最大的粒子加速器。加速器是人类揭示物质本源的关键设备,在放射治疗、食品安全、材料科学等方面有广泛应用。如图所示,某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管)组成,相邻漂移管分别接在高频脉冲电源的两极。质子从K点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管,在漂移管内做匀速直线运动,在漂移管间被电场加速,加速电压视为不变。设质子进入漂移管B时速度为8106m/s,进入漂移管E时速度为1107m/s,电源频率为1107Hz,漂移管间缝隙很小,质子在每个管内运动时间
16、视为电源周期的。质子的荷质比取1108C/kg。求:(1)漂移管B的长度。(2)相邻漂移管间的加速电压。【解析】(1)设质子进入漂移管B的速度为vB,电源的频率、周期分别为f、T,漂移管B的长度为L,则:T=(1分)L=vB(2分)联立解得:L=0.4m(1分)(2)设质子进入漂移管E的速度为vE,相邻漂移管间的加速电压为U,电场力对质子所做的功为W,质子从漂移管B运动到漂移管E电场力做功W,质子的电荷量为q、质量为m,则:W=qU(1分)W=3W(1分)W=m-m(2分)联立解得:U=6104V(1分)答案:(1)0.4m(2)6104V12.(10分)(2016吉安一模)长为L的细线,上端
17、固定,下端拴一质量为m,带电量为q的球,处于如图所示的水平向右的匀强电场中,开始时,将细线与小球拉成水平,然后释放,小球由静止开始运动,当细线转动60角时,小球到达B点,且速度恰好为零,重力加速度为g,求:(1)A、B间的电势差UAB。(2)匀强电场的电场强度E的大小。(3)小球到达B点时,细线对小球的拉力FTB的大小。【解析】(1)小球由A到B过程中,由动能定理得:mgLsin60+qUAB=0(2分)解得:UAB=-(1分)(2)BA间电势差为UBA=-UAB=(1分)E=(3分)(3)小球在A、B间摆动,由对称性得知,B处绳拉力与A处绳拉力相等,而在A处,由水平方向平衡得:FTA=Eq=
18、mg(2分)故FTB=FTA=mg(1分)答案:(1)-(2)(3)mg13.(15分)(2016北京高考)如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出。已知电子质量为m,电荷量为e,加速电场电压为U0,偏转电场可看作匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,板间距为d。(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离y。(2)分析物理量的数量级是解决物理问题的常用方法。在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因。已知U=2.0102V,d=4.010-2m,m=9.110-31kg,
19、e=1.610-19C,g取10m/s2。(3)极板间既有静电场也有重力场。电势反映了静电场各点的能的性质,请写出电势的定义式。类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势”G的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点。【解题指导】解答本题应把握以下三点:(1)熟练掌握带电粒子在加速电场和偏转电场中的运动规律。(2)通过计算重力的大小,根据数量级,分析忽略重力的原因。(3)利用类比法准确定义重力势,并说明和电势的共同特点。【解析】(1)电子加速过程由动能定理得:eU0=m(2分)解得:v0=(1分)电子在偏转电场中做类平抛运动,则:电子的运动时间:t=L(2分)偏转距离:y=t2=(3分)(2
20、)考虑电子所受重力和电场力的数量级,有重力G=mg10-29N(1分)电场力F=10-15N(1分)由于FG,因此不需要考虑电子所受的重力(1分)(3)电场中某点电势定义为电荷在该点的电势能Ep与电荷量q的比值,即=(1分)由于重力做功与路径无关,可以类比静电场电势的定义,将重力场中物体在某点的重力势能EG与其质量m的比值,叫作重力势,即G=(1分)电势和重力势G都是反映场的能的性质的物理量,仅由场自身的因素决定(2分)答案:(1)(2)见解析(3)=电势和重力势G都是反映场的能的性质的物理量,仅由场自身的因素决定14.(16分)(2015安徽高考)在xOy平面内,有沿y轴负方向的匀强电场,场
21、强大小为E(图中未画出),由A点斜射出一质量为m,带电量为+q的粒子,B和C是粒子运动轨迹上的两点,如图所示,其中l0为常数。粒子所受重力忽略不计,求:(1)粒子从A到C过程中电场力对它做的功。(2)粒子从A到C过程所经历的时间。(3)粒子经过C点时的速率。【解题指导】解答本题时应从以下三点进行分析:(1)粒子射出后做类斜抛运动,沿x轴方向做匀速直线运动,沿y轴方向做匀变速直线运动。(2)由于粒子由A到最高点、最高点到B、B到C沿x轴的距离相同,所以运动时间相同。(3)C点速度为沿x轴和y轴速度的矢量和。【解析】(1)WAC=qE(yA-yC)=3qEl0(2分)(2)根据抛体运动的特点,粒子在x方向做匀速直线运动,由对称性可知轨迹最高点D在y轴上,可令tAD=tDB=T,则tBC=T(1分)由qE=ma得a=(2分)又yD=aT2,(2分)yD+3l0=a(2T)2(2分)解得T=(1分)则AC过程所经历的时间t=3(1分)(3)粒子在DC段做类平抛运动,于是有2l0=vCx2T,(2分)vCy=a2T(1分)vC=(1分)解得:vC=(1分)答案:(1)3qEl0(2)3(3)关闭Word文档返回原板块
