2020屆高三物理練習(xí) 電容器電場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng) 新人教版

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1、第六章 第3單元 電容器 電場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng) [課時(shí)作業(yè)] 命 題 設(shè) 計(jì) 　　　　 　難度 題號(hào)　　 目標(biāo)　　　　　　 較易 中等 稍難 單一目標(biāo) 電容器 1、7 帶電粒子在電場(chǎng)的加速 2、6 10、11 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) 3、4 綜合 目標(biāo) 綜合應(yīng)用 5 8、9 12 一、選擇題(本大題共9個(gè)小題，共63分，每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得 7分，選對(duì)但不全的得4分，有選錯(cuò)的得0分) 1．(2020·海南高考)一平行板電容器兩極板間距為d，極板面積為S，電容為，其中

2、ε0是常量．對(duì)此電容器充電后斷開(kāi)電源．當(dāng)增加兩板間距時(shí)，電容器極板間(　　) A．電場(chǎng)強(qiáng)度不變，電勢(shì)差變大 B．電場(chǎng)強(qiáng)度不變，電勢(shì)差不變 C．電場(chǎng)強(qiáng)度減小，電勢(shì)差不變 D．電場(chǎng)強(qiáng)度減小，電勢(shì)差減小 解析：電容器充電后斷開(kāi)，故電容器的帶電荷量不變，當(dāng)增大兩極板間的距離時(shí)， 由C＝可知，電容器的電容變小，由U＝可知電壓變大，又由E＝可得E＝＝ ＝＝，所以電場(chǎng)強(qiáng)度不變，A正確． 答案：A 2．平行板間有如圖1所示的周期性變化的電壓． 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)程中無(wú)碰板情 況．在圖2所示的圖象中，能正確定性描述粒子 運(yùn)動(dòng)的速度

3、圖象的是 (　　) 圖2 解析：0～時(shí)間內(nèi)粒子做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，～T時(shí)間內(nèi)做勻減速直線 運(yùn)動(dòng)，由對(duì)稱性可知，在T時(shí)刻速度減為零．此后周期性重復(fù)，故A對(duì)． 答案：A 3．如圖3所示，地面上某區(qū)域存在著豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，一個(gè)質(zhì) 量為m的帶負(fù)電的小球以水平方向的初速度v0由O點(diǎn)射入該區(qū) 域，剛好通過(guò)豎直平面中的P點(diǎn)，已知連線OP與初速度方向的夾 角為45°，則此帶電小球通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為 (　　) A．mv02 B.mv02 C．2mv02 D.mv02 解析：由題意可知小球到P點(diǎn)時(shí)水平位移和豎直位移相等，即

4、v0t＝vPyt 合速度vP＝＝v0 EkP＝mvP2＝mv02，故選D. 答案：D 4．有三個(gè)質(zhì)量相等的分別帶有正電、負(fù)電和不帶電的微 粒，從極板左側(cè)中央以相同的水平初速度v先后垂直場(chǎng)強(qiáng) 方向射入，分別落到極板A、B、C處，如圖4所示，則下 列說(shuō)法正確的有 (　　) A．落在A處的微粒帶正電，B處的不帶電，C處的帶負(fù)電 B．三個(gè)微粒在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等 C．三個(gè)微粒在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度aA＜aB＜aC D．三個(gè)微粒到達(dá)極板時(shí)的動(dòng)能EkA＞EkB＞EkC 解析：微粒在水平方向上均做勻速直線運(yùn)動(dòng)，且水平速度相同，三微粒在水平方向 上的位移，xC＜xB＜xA

5、. 則三微粒的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 tC＝，tB＝，tA＝ 所以tC＜tB＜tA 微粒在豎直方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，則有 ＝aAtA2＝aBtB2＝aCtC2 所以aA＜aB＜aC，所以落在A處的微粒必帶正電，B處的不帶電，而C處的帶負(fù)電， A、C選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤． 根據(jù)動(dòng)能定理得 A處：mg－qAE＝EkA－mv2 B處：mg＝EkB－mv2 C處：mg＋qCE＝EkC－mv2 所以D項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案：AC 5．示波管是一種多功能電學(xué)儀器，它的工作原理可以等效成下列情況：如圖5所示， 真空室中電極K發(fā)出電子(初速度不計(jì))，經(jīng)過(guò)電壓為U1的加速電場(chǎng)后，由小孔S沿

6、 水平金屬板A、B間的中心線射入板間．金屬板長(zhǎng)為L(zhǎng)，相距為d，當(dāng)A、B間電壓 為U2時(shí)電子偏離中心線飛出電場(chǎng)打到熒光屏上而顯示亮點(diǎn)．已知電子的質(zhì)量為m， 電荷量為e，不計(jì)電子重力，下列情況中一定能使亮點(diǎn)偏離中心距離變大的是 (　　) 圖5 A．U1變大，U2變大 B．U1變小，U2變大 C．U1變大，U2變小 D．U1變小，U2變小 解析：當(dāng)電子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)速度的反向延長(zhǎng)線一定經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中水平位移的中 點(diǎn)，所以電子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角度越大(偏轉(zhuǎn)距離越大)，亮點(diǎn)距離中心就 越遠(yuǎn)． 設(shè)電子經(jīng)過(guò)U1加速后速度為v0，根據(jù)題意得： eU1＝mv02

7、 ① 電子在A、B間做類平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向的分速度為：vy＝at ＝· ② 結(jié)合①②式，速度的偏轉(zhuǎn)角θ滿足：tanθ＝＝. 顯然，欲使θ變大，應(yīng)該增大U2、L，或者減小U1、d.正確選項(xiàng)是B. 答案：B 6．如圖6所示，從F處釋放一個(gè)無(wú)初速度的電子向B板方向運(yùn)動(dòng)， 指出下列對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的描述中哪項(xiàng)是正確的(設(shè)電源電動(dòng)勢(shì)為 E)

8、 (　　) A．電子到達(dá)B板時(shí)的動(dòng)能是Ee B．電子從B板到達(dá)C板動(dòng)能變化量為零 C．電子到達(dá)D板時(shí)動(dòng)能是3Ee D．電子在A板和D板之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng) 解析：電子在AB之間做勻加速運(yùn)動(dòng)，且eE＝ΔEk，A正確；在BC之間做勻速運(yùn)動(dòng)， B正確；在CD之間做勻減速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)D板時(shí)，速度減為零，C錯(cuò)誤，D正確． 答案：ABD 7．(2020·寧夏高考)如圖7所示，C為中間插有電介 質(zhì)的電容器，a和b為其兩極板，a板接地；P和Q 為兩豎直放置的平行金屬板，在兩板間用絕緣線 懸掛一帶電小球；P板與b板用導(dǎo)線相連，Q板接 地．開(kāi)始時(shí)懸線靜止在豎直方向，在b板帶電后， 懸線偏轉(zhuǎn)

9、了角度α.在以下方法中，能使懸線的偏 角α變大的是 (　　) A．縮小a、b間的距離 B．加大a、b間的距離 C．取出a、b兩極板間的電介質(zhì) D．換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì) 解析：由題意可得UPQ＝Uba；α角增大可知PQ間場(chǎng)強(qiáng)增大，由U＝Ed知UPQ增大； 由Q＝CU知P、Q板電荷增多，由題意知b板和Q板電荷量之和恒定，知a、b板 電荷一定減少；由Q＝CU，知電容器C電容一定減?。挥蒀＝，知A錯(cuò)，B對(duì)， C對(duì)，D錯(cuò)． 答案：BC 8．如圖8所示，靜止的電子在加速電壓U1的作用下從O經(jīng) P板的小孔射出，又垂直進(jìn)入平行金屬板間的電場(chǎng)，

10、在偏 轉(zhuǎn)電壓U2的作用下偏轉(zhuǎn)一段距離．現(xiàn)使U1加倍，要想使 電子的運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生變化，應(yīng)該 (　　) A．使U2加倍 B．使U2變?yōu)樵瓉?lái)的4倍 C．使U2變?yōu)樵瓉?lái)的倍 D．使U2變?yōu)樵瓉?lái)的1/2 解析：要使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡不變，則應(yīng)使電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后任一水平位移x所對(duì) 應(yīng)的偏轉(zhuǎn)距離y保持不變．由y＝at2＝··()2＝和qU1＝mv02得y＝ ，可見(jiàn)在x、y一定時(shí)，U2∝U1.故A項(xiàng)正確． 答案：A 9．如圖9所示，一種β射線管由平行金屬板A、B和平行于金屬板的細(xì)管C組成．放 射源O在A極板左端，可以向各個(gè)方向發(fā)射不同速度、質(zhì)量為m的β粒子．若極板 長(zhǎng)

11、為L(zhǎng)，間距為d.當(dāng)A、B板加上電壓U時(shí)，只有某一速度的β粒子能從細(xì)管C水 平射出，細(xì)管C離兩板等距．已知元電荷為e，則從放射源O發(fā)射出的β粒子的這 一速度為 (　　) A.　　　　　　　　　 B. C. D. 解析：設(shè)所求的速度為v0，與上板A成θ角．在垂直于極板的方向上，β粒子做勻 減速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)豎直分速度恰好減為零時(shí)，有＝at2，即d＝at2，水平位移L＝ vxt，兩式相除得＝＝，又vy＝at＝，所以vx＝vy＝ .所以v0＝ ＝ .選項(xiàng)C正確．

12、 答案：C 二、非選擇題(本大題共3個(gè)小題，共37分，解答時(shí)應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和 演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 10．(11分)如圖10所示，真空中存在空間范圍足夠大 的、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)中，一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球，從 O點(diǎn)出發(fā)，初速度的大小為v0，在重力與電場(chǎng)力的共同作用下恰能沿與場(chǎng)強(qiáng)的反方 向成θ角做勻減速直線運(yùn)動(dòng)．求： (1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的大?。? (2)小球運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)之間的電勢(shì)差． 解析：(1)小球做直線運(yùn)動(dòng)，故重力與電場(chǎng)力的合力必與v0在一條直線上，即 tanθ＝，得E＝ (2)小球做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)F＝ma

13、得： ＝ma，a＝， 最大位移s＝＝ 水平位移x＝scosθ＝ 電勢(shì)差U＝Ex＝. 答案：(1)　(2) 11．(12分)如圖11所示，長(zhǎng)L＝1.2 m、質(zhì)量M＝3 kg 的木板靜止放在傾角為37°的光滑斜面上，質(zhì)量m ＝1 kg、帶電荷量q＝＋2.5×10－4 C的物塊放在木 板的上端，木板和物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.1，所 在空間加有一個(gè)方向垂直斜面向下、場(chǎng)強(qiáng)E＝ 4.0×104 N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)．現(xiàn)對(duì)木板施加一平行于 斜面向上的拉力F＝10.8 N. 取g＝10 m/s2，斜面足夠長(zhǎng)．求： (1)物塊經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間離開(kāi)木板？ (2)物塊離開(kāi)木板時(shí)木板獲得的動(dòng)能．

14、 (3)物塊在木板上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能． 解析：(1)物塊向下做加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度為a1，木板的加速度為a2，則由牛頓第 二定律 對(duì)物塊：mgsin37°－μ(mgcos37°＋qE)＝ma1 對(duì)木板：Mgsin37°＋μ(mgcos37°＋qE)－F＝Ma2 又a1t2－a2t2＝L 得物塊滑過(guò)木板所用時(shí)間t＝ s. (2)物塊離開(kāi)木板時(shí)木板的速度v2＝a2t＝3 m/s. 其動(dòng)能為Ek2＝Mv22＝27 J (3)由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能為 Q＝F摩x相＝μ(mgcos37°＋qE)·L＝2.16 J. 答案：(1) s　(2)27 J　(3)2.16

15、J 12．(14分)(2020·萊蕪模擬)一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小球以水平初速度v0進(jìn)入豎 直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，如圖12甲所示．今測(cè)得小球進(jìn)入電場(chǎng)后在豎直方向下降的高 度y與水平方向的位移x之間的關(guān)系如圖12乙所示．根據(jù)圖乙給出的信息，(重力加 速度為g)求： 圖12 (1)勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的大??； (2)小球從進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)到下降h高度的過(guò)程中，電場(chǎng)力做的功； (3)小球在h高度處的動(dòng)能． 解析：(1)小球進(jìn)入電場(chǎng)后，水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t，水平方向： v0t＝L 豎直方向：＝h 所以E＝－ (2)電場(chǎng)力做功為 W＝－qEh＝ (3)根據(jù)動(dòng)能定理mgh－qEh＝Ek－ 得Ek＝＋ 答案：(1)－　(2) (3)＋