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2020-2021学年新教材人教版物理必修第三册章末综合测评2 静电场中的能量 WORD版含解析.doc

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资源描述

1、章末综合测评(二)静电场中的能量(时间:90分钟分值:100分)1(4分)一充电后的平行板电容器与电源断开,现保持两极板的正对面积不变,仅将两极板的间距变为原来的2倍,则()A其电容变为原来的2倍B两极板的带电量不变C两极板间电压变为原来的0.5倍D两极板间的电场强度变为原来的2倍B充电后的平行板电容器与电源断开,则电荷量Q恒定,现保持两极板的正对面积不变,仅将两极板的间距变为原来的2倍,则根据电容的决定式C,与QCU可知,两极板间电压变为2倍,根据E可知电场强度不变,故B正确,A、C、D错误。2(4分)(多选)静电计是测量电势差的仪器,指针偏转角度越大,金属外壳和上方金属小球间的电势差越大。

2、实验装置如图所示,在本实验中,静电计指针和A板等电势,静电计金属壳和B板等电势,因此指针偏转角度越大表示A、B两极板间的电势差越大。现对电容器充电后断开开关,若按图下方的说明来做实验,则()A图甲中两极板间电势差变大B图乙中两极板间电势差变大C图丙中两极板间电势差变小D图丙中两极板间电势差变大ABC题图甲中,当极板B向上移动时,正对面积减小,根据电容决定式C,可知电容减小,电荷量不变,根据U,可知电势差增大,选项A正确;题图乙中,电容器板间距离变大,电容减小,电荷量不变,根据U,可知电势差变大,选项B正确;题图丙中,插入电介质,电容增大,电荷量不变,根据U,可知电势差减小,选项C正确,D错误。

3、3(4分)某静电场的电场线分布如图所示,一负点电荷只在电场力作用下先后经过场中的M、N两点,过N点的虚线是电场中的一条等势线,则()AM点的电场强度小于N点的电场强度BM点的电势低于N点的电势C负点电荷在M点的电势能小于在N点的电势能D负点电荷在M点的动能小于在N点的动能C电场线密集的地方,电场强度大,故M点的电场强度大于N点的电场强度,A错误;沿着电场线电势降低,故M点的电势高于N点的电势,B错误;负点电荷由M到N电场力做负功,动能减小,电势能增加,C正确,D错误。4(4分)如图所示,a、b、c三条虚线为电场中的等势面,等势面b的电势为0,且相邻两个等势面间的电势差相等,一个带正电的粒子在A

4、时的动能为10 J,在静电力作用下从A运动到B,在B时速度为0,当这个粒子的动能为7.5 J时,其电势能为()A12.5 JB2.5 JC0 D2.5 JD粒子在运动过程中只有静电力做功,动能和电势能之和保持不变,在A点时动能为10 J,B点时动能为0,由对称性易知,运动至等势面b时动能为5 J,因此动能和电势能之和为5 J。当动能为7.5 J时,电势能为2.5 J,故选项D正确。5(4分)如图所示,有一带电粒子(不计重力)贴着A板沿水平方向射入匀强电场,当偏转电压为U1时,带电粒子沿轨迹从两板正中间飞出;当偏转电压为U2时,带电粒子沿轨迹落到B板中间;设粒子两次射入电场的水平速度相同,则两次

5、偏转电压之比为()AU1U218BU1U214CU1U212DU1U211A设带电粒子的质量为m,带电荷量为q,A、B板的长度为L,板间距离为d,则:a1tda2t解以上两式得U1U218,A正确。6(4分)某静电场沿x轴的电势的分布如图所示,x2处的电势为2,下列说法正确的有()A将电量为q的点电荷从x1移到x2,电场力做的功为q2Bx1处的电场强度为零C负电荷从x1移到x2,电势能减小D负电荷从x1移到x2,受到的电场力增大C由图可知,x2处的电势高,将电量为q的点电荷从x1移到x2,电场力做的功为q2,克服电场力做的功为q2,故A错误;x图像的斜率kE,即x图像的斜率表示电场强度;在x轴

6、上,x1处的斜率不等于0,则电场强度不等于0,故B错误;由图可知,x2处的电势高,将负电荷从x1移到x2,电场力做正功,则电势能减小,故C正确;x图像的斜率表示电场强度,在x轴上,x2处图像的斜率为零,表示电场强度为零,可知将负电荷从x1移到x2,受到的电场力减小,故D错误。7(4分)如图ABCD的矩形区域存在沿A至D方向的匀强电场,场强为E,边长AB2AD,质量m、带电量q的粒子以恒定的速度v从A点沿AB方向射入矩形区域,粒子恰好从C点以速度v1射出电场,粒子在电场中运动时间为t,则()A若电场强度变为2E,粒子从DC边中点射出B若电场强度变为2E,粒子射出电场的速度为2v1C若粒子入射速度

7、变为,则粒子从DC边中点射出电场D若粒子入射速度变为,则粒子射出电场时的速度为C若电场强度变为2E,则粒子从DC边离开,运动时间变为t,则水平位移变为原来的,而不是,故A错误;在粒子穿过电场的过程中,设电场力做功为W,则由Wmvmv2,可知电场强度加倍,则电场力做功变为了2W,则射出电场的速度不等于2v1,故B错误;粒子入射速度变为,则粒子在电场中运动时间不变,可得出粒子从DC边中点射出电场,故C正确;由于电场不变,粒子在电场中运动时间不变,电场力做功不变,由动能定理可知,粒子射出电场时的速度不是,故D错误。8(4分)如图所示,偏转电场可看作匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,间距为d。电

8、子由静止开始经加速电场加速后。沿平行于极板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,忽略电子所受重力。电子射入偏转电场时的初速度v0和从偏转电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离y分别是()A,B,C, D,D根据功能关系,可得eU0mv,电子射入偏转电场的初速度为v0;在偏转电场中,电子的运动时间为t,偏转加速度为a,偏转距离为:ya(t)2,故D正确,A、B、C错误。9(10分)如图所示,在水平向右的匀强电场中,有一电荷量为q4107C的负点电荷从A点运动到B点,电场力做功为WAB3.2106 J,A、B间距离L4 m,AB与水平面的夹角为60。(1

9、)负点电荷的电势能是增加还是减少?增加(减少)了多少?(2)B、A间电势差UBA是多少?(3)电场强度E是多大?(4)如果A点的电势为4 V,那么B点的电势为多大?电荷量为q4106C的正电荷在A点具有的电势能是多少?解析(1)负点电荷从A运动到B,电场力做正功3.2106J,则负点电荷的电势能减少,减少了3.2106J。(2)由WABUABq可得UAB V8 V,则UBAUAB8 V。(3)匀强电场的电场强度E4 V/m。(4)因UABAB8 V,A4 V,则B4 V电荷量为q的正电荷在A点具有的电势能为EpAAq1.6105 J。答案(1)减少3.2106 J(2)8 V(3)4 V/m(

10、4)4 V1.6105 J10(12分)如图所示,带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两极板间,距下极板h0.8 cm,两极板间的电势差为300 V。如果两极板间电势差减小到60 V,则带电小球运动到极板上需要多长时间?(g取10 m/s2) 解析选带电小球为研究对象,设它所带电荷量为q,则带电小球受重力mg和静电力qE的作用。当U1300 V时,小球受力平衡,有mgq当U260 V时,带电小球向下极板做匀加速直线运动,有mgqmahat2由式得t4.5102 s。答案4.5102 s11(4分)(多选)带正电的微粒放在电场中,电场强度的大小和方向随时间变化的规律如图所示。带电微粒只在静电

11、力的作用下由静止开始运动,则下列说法中正确的是()A微粒在01 s内的加速度与12 s内的加速度相同B微粒将沿着一条直线运动C微粒做往复运动D微粒在第1 s内的位移与第3 s内的位移相同BD设粒子的速度方向、位移方向向右为正,作出粒子的vt图像如图所示。由图可知B、D选项正确。12(4分)(多选)在一静止点电荷的电场中,任一点的电势与该点到点电荷的距离r的关系如图所示。电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed。点a到点电荷的距离ra与点a的电势a已在图中用坐标(ra,a)标出,其余类推。现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点,在相邻两点间移动的过程中,

12、电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd。下列选项正确的是()AEaEb41BEcEd21CWabWbc31DWbcWcd13AC设点电荷的电荷量为Q,根据点电荷电场强度公式Ek,rarb12,rcrd36,可知,EaEb41,EcEd41,选项A正确,B错误;将一带正电的试探电荷由a点移动到b点做的功Wabq(ab)3q(J),试探电荷由b点移动到c点做的功Wbcq(bc)q(J),试探电荷由c点移动到d点做的功Wcdq(cd)q(J),由此可知,WabWbc31,WbcWcd11,选项C正确,D错误。13(4分)(多选)如图所示,为位于O点的一点电荷电场中的等势线,C是AB连线的中点,A

13、O和BO垂直,CD和BO平行。在D点由静止释放一个带负电的试探电荷,仅在静电力作用下,试探电荷沿DA加速运动。下列说法正确的是()AD点的电场强度比C点的电场强度大BD点的电势比C点的电势高C带正电的试探电荷从A点沿直线AB移动到B点,电势能先增大后减小D带负电的试探电荷从B点沿BCD移动到D点,静电力一直做负功ADD点离电荷较近,D点的电场强度比C点的电场强度大,A正确;由题意可知场源电荷为负电荷,D点离电荷较近,所以D点的电势比C点的电势低,B错误;带正电的试探电荷从A点沿直线AB移动到B点,静电力先做正功后做负功,所以电荷的电势能先减小后增大,C错误;带负电的试探电荷从B点沿BCD移动到

14、D点过程中,一直受到静电力的排斥作用,且逐渐靠近O点,所以静电力一直做负功,D正确。14(4分)(多选)如图所示,正方体真空盒置于水平面上,它的ABED面与EFGH面为金属板,其他面为绝缘板。ABED面带负电,EFGH面带正电,从小孔P沿水平方向以相同速率射入三个带负电的小球a、b、c,最后分别落在1、2、3三点,则下列说法正确的是 ()A三个小球在真空盒中都做类平抛运动B三个小球在空中运动时间相同Cc球落在平板上的速度最大Dc球所带电荷量最少BCABCD面带负电,EFGH面带正电,则正方体内电场方向水平向左,带负电的小球所受电场力水平向右,小球以水平向右的速度进入正方体内,小球在水平方向做匀

15、加速直线运动,在竖直方向做自由落体运动,小球在真空盒中做的不是类平抛运动,故A错误;小球在竖直方向做自由落体运动,下落的高度相同,三个小球在空中运动时间相同,故B正确;设小球落在平板上时,水平方向速度为vx,则小球在水平方向的位移xt,小球c水平方向位移最大,则小球c落在平板上的水平速度最大,三小球竖直方向运动情况相同,则三小球落在平板上时竖直速度相同,根据速度的合成可知,c球落在平板上的速度最大,故C正确;根据运动学公式和牛顿第二定律可得ax,由于三小球的质量关系未知,所以三小球所带电荷量关系不确定,故D错误。15(4分)(多选)如图所示,平行板电容器两极板水平放置,极板A在上方,极板B在下

16、方,现将其和二极管串联接在电源上,二极管具有单向导电性。一带电小球沿A、B中心水平射入,打在B极板上的N点,小球的重力不能忽略,现通过上下移动A板来改变两极板A、B间距(两极板仍平行),则下列说法正确的是()A若小球带正电,当A、B间距增大时,小球打在N的右侧B若小球带正电,当A、B间距减小时,小球打在N的左侧C若小球带负电,当A、B间距增大时,小球打在N的左侧D若小球带负电,当A、B间距减小时,小球可能打在N的右侧BD根据平行板电容器电容的决定式C和定义式C可知,当A、B间距d增大时,C减小,由于电容器两极板与电源相连,因此电容器要放电,但由于二极管的单向导电性,使得电容器上的电荷量不能变化

17、,又由电场强度与电势差的关系E可知,E,即恒定不变,因此无论小球电性如何,其运动过程中的受力情况不变,因此仍然打在N点,故选项A、C错误;当A、B间距d减小时,C增大,由于电容器两极板与电源相连,因此电容器要被充电,U保持不变,电场强度E增大,小球所受电场力增大,若小球带正电,则合力变大,加速度变大,运动至B极板的时间变短,因此打在N点的左侧,故选项B正确;若小球带负电,则合力可能变小(电场力仍然小于重力),加速度变小,运动至B极板的时间变长,因此可能打在N点的右侧,故选项D正确。16(6分)高电阻放电法测电容的实验,是通过对高阻值电阻放电的方法测出电容器充电电压为U时所带的电荷量Q,从而再求

18、出待测电容器的电容C,某同学的实验情况如下:(1)按图1所示电路连接好实验电路。(2)接通开关S,调节电阻箱R的阻值,使小量程电流表的指针偏转接近满刻度,记下这时电流表的示数I0500 A、电压表的示数U06.0 V,I0和U0分别是电容器放电的初始电流和初始电压,此时电阻箱R的阻值为8.5 k,则电流表的内阻为_k。(3)断开开关S,同时开始计时,每隔5 s或10 s读一次电流I的值,将测得数据填入预先设计的表格中,根据表格中的数据标出以时间t为横坐标、电流I为纵坐标的坐标上的点,如图2中用“”表示的点。(4)请在图中描绘出电流随时间变化的图线,并根据图线估算出该电容器两端电压力U0时所带的

19、电荷量Q0约为_C;(结果保留两位有效数字)(5)根据公式_来计算电容器的电容。(只要求写出表达式,不要求计算结果)图1图2解析(2)由欧姆定律有U0I0(RgR)得RgR8.51033.51033.5 k。(4)用平滑曲线连接各点,查出所画的曲线与纵标轴所围的格数以求得面积。 因QIt即为曲线与纵标轴所围的格数的面积,则利用数格子方法,估算出电容器两端电压为U0时的电量为Q342.51048.5103C。(5)利用C可求出电容C。答案(2)3.5(4)如图所示8.5103(5)C17(10分)如图甲所示,在xOy坐标系中,两平行金属板AB、OD水平放置,OD与x轴重合,板的左端与原点O重合,

20、板长L2 m,板间距离d1 m,紧靠极板右侧有一荧光屏。两金属板间电压UAO随时间的变化规律如图乙所示,变化周期为T2103 s,U01103V,一带正电的粒子从左上角A点,以平行于AB边大小为v01 000 m/s的速度射入板间,粒子电荷量为q1105 C,质量m1107 kg。不计粒子所受重力。求:(1)粒子在板间运动的时间;(2)粒子打到荧光屏上的纵坐标的范围;(3)粒子打到荧光屏上的动能。甲乙解析(1)粒子在板间沿x轴方向匀速运动,设运动时间为t,则Lv0t,t2103s。(2)t0时刻射入的粒子在板间偏转量最大,设为y1y1a又根据牛顿第二定律ma解得y10.15 m纵坐标ydy10

21、.85 mt1103 s时刻射入的粒子在板间偏转量最小,设为y2y2a解得y20.05 m纵坐标ydy20.95 m所以打在荧光屏上的纵坐标的范围为0.85 m0.95 m。(3)分析可知粒子打到荧光屏上的动能相同,设为Ek,由动能定理得qy2Ekmv解得Ek5.05102 J。答案(1)2103 s(2)0.85 m0.95 m(3)5.05102 J18(10分)如图所示,水平放置的平行板电容器与某一电源相连,它的极板长L0.4 m,两板间距离d4103 m,有一束由相同带电微粒组成的粒子流,以相同的速度v0从两板中央平行极板射入,开关S闭合前,两板不带电,由于重力作用微粒能落到下极板的正

22、中央,已知微粒质量为m4105 kg,电荷量q1108 C,g10 m/s2。求:(1)微粒入射速度v0的大小。(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场,电容器的上极板应与电源的正极还是负极相连?所加的电压U应取什么范围?解析(1)粒子刚进入平等行板时,两极板不带电,粒子做的是平抛运动,则有水平方向:v0t,竖直方向:gt2解得v010 m/s。(2)由于带电粒子的水平位移增加,在板间的运动时间变大,而竖直方向位移不变,所以在竖直方向的加速度减小,所以电场方向向上,又因为粒子带正电,所以电容器的上极板应与电源的负极相连。当所加的电压为U1时,微粒恰好从下极板的右边缘射出,则有a1根据牛顿第二定律得mgqma1解得U1120 V当所加的电压为U2时,微粒恰好从上极板的右边缘射出,则有a2根据牛顿第二定律得qmgma2,解得U2200 V所以所加电压范围为120 VU200 V。答案(1)10 m/s(2)与负极相连120 VU200 V

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