《2020版高考物理新优选大一轮人教通用版考点规范练：24 电容器 带电粒子在电场中的运动 Word版含解析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理新优选大一轮人教通用版考点规范练：24 电容器 带电粒子在电场中的运动 Word版含解析.pdf（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、考点规范练考点规范练 24 电容器电容器 带电粒子在电场中的 运动 带电粒子在电场中的 运动 考点规范练第考点规范练第 46 页页 一、单项选择题 1.如图所示,电容器极板间有一可移动的电介质板,电介质与被测物体相连,电容器接入电路后,通过极 板上的物理量变化可确定被测物体的位置。则下列说法正确的是( ) A.若电容器极板间的电压不变,x 变大,电容器极板上电荷量增加 B.若电容器极板上电荷量不变,x 变小,电容器极板间电压变大 C.若电容器极板间的电压不变,x 变大,有电流流向电容器的正极板 D.若电容器极板间的电压不变,x 变大,有电流流向电容器的负极板 答案 D 解析若 x变大,则由 C
2、=可知电容器电容减小,在极板间的电压不变的情况下,由 Q=CU 知电容器 r 4 的电荷量减少,此时带正电荷的极板得到电子,带负电荷的极板失去电子,所以有电流流向负极板,A、 C错误,D正确。若电容器极板上电荷量不变,x 变小,则电容器电容增大,电容器极板间电压减小,B 错 误。 2.(2018陕西咸阳模拟)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;在下极板上叠放一厚度为 l 的金属板,其上部空间有一带电粒子 P静止在电容器中。 当把金属板从电容器中快速抽出后,粒子 P 开始运动。重力加速度为 g,粒子运动的加速度为( ) A. gB.g - C.
3、gD.g - - 答案 A 解析抽出前,粒子所受重力和电场力平衡,mg=q,抽出后,根据牛顿第二定律,有 mg-q =ma,联立解 - 得 a= g,A正确。 3.有一种电荷控制式喷墨打印机的打印头的结构简图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒, 此微粒经过带电室后以一定的初速度垂直射入偏转电场,再经偏转电场后打到纸上,显示出字符。已 知偏移量越小打在纸上的字迹越小,现要缩小字迹,下列措施可行的是( ) A.增大墨汁微粒的比荷 B.减小墨汁微粒进入偏转电场时的初动能 C.减小偏转极板的长度 D.增大偏转极板间的电压 答案 C 解析已知偏移量越小,打在纸上的字迹越小,因偏移量 y=,现要缩小
4、字迹,可行的措施有可减小 2 202 墨汁微粒的比荷 ,增大墨汁微粒进入偏转电场时的初动能,减小偏转极板的长度 L,减小偏转极 1 2 m 02 板间的电压 U,故选 C。 4. 如图所示的实验装置中,平行板电容器两极板的正对面积为 S,两极板的间距为 d,电容器所带电荷量 为 Q,电容为 C,静电计指针的偏转角为 ,平行板中间悬挂了一个带电小球,悬线与竖直方向的夹角为 ,下列说法正确的是( ) A.若增大 d,则 减小, 减小 B.若增大 Q,则 减小, 不变 C.将 A板向上提一些, 增大, 增大 D.在两板间插入云母片,则 减小, 不变 答案 C 解析若增大两极板的间距 d,由 C=可知
5、,C变小,而 Q 不变,由 C= 可知,U 增大, 增大,又 E= r 4 = ,故 E 不变,电场力不变,小球的平衡状态不变,故 不变,选项 A 错误;同理,若增大 Q,电容器 = 4 r 的电容 C不变,则 U 增大, 增大,电场强度增大,则电场力增大,故 增大,选项 B 错误;将 A 板向上提一 些,S减小,则 C变小,Q 不变,电压 U 增大,增大,电场强度增大,则电场力增大,故 增大,选项 C 正确; 在两板间插入云母片,r增大,则 C 变大,Q 不变,电压 U 必减小, 减小, 减小,选项 D 错误。 5. 真空中的某装置如图所示,其中平行金属板 A、B 之间有加速电场,C、D 之
6、间有偏转电场,M 为荧光 屏。今有质子、氘核和 粒子均由 A 板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电 场,最后打在荧光屏上。已知质子、氘核和 粒子的质量之比为 124,电荷量之比为 112,则 下列判断正确的是( ) A.三种粒子从 B 板运动到荧光屏经历的时间相同 B.三种粒子打到荧光屏上的位置相同 C.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为 122 D.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为 124 答案 B 解析设加速电压为 U1,偏转电压为 U2,偏转极板的长度为 L,板间距离为 d,在加速电场中,由动能定理 得 qU1=,解得 v0=,三种粒子从 B 板运动到荧光屏的过程,
7、水平方向做速度为 v0的匀速直 1 2 m 02 21 线运动,由于三种粒子的比荷不同,则 v0不同,所以三种粒子从 B 板运动到荧光屏经历的时间不同,故 A错误;根据推论 y=、tan =可知,y 与粒子的种类、质量、电荷量无关,故三种粒子偏转距 22 41 2 21 离相同,打到荧光屏上的位置相同,故 B 正确;偏转电场的电场力做功为 W=qEy,则 W 与 q 成正比,三种 粒子的电荷量之比为 112,则有电场力对三种粒子做功之比为 112,故 C、D 错误。 6.(2018山东潍坊月考)如图所示,金属板 A、B 水平放置,两板中央有小孔 S1、S2,A、B 与直流电源连 接。闭合开关,
8、从 S1孔正上方 O 处由静止释放一带电小球,小球刚好能到达 S2孔,不计空气阻力,要使 此小球从 O点由静止释放后穿过 S2孔,应( ) A.仅上移 A板适当距离 B.仅下移 A板适当距离 C.断开开关,再上移 A板适当距离 D.断开开关,再下移 A 板适当距离 答案 D 解析设板间距离为 d,O 距 S1为 h,电源电压为 U,由题意知从 O 处释放一带电小球,到达 S2孔时小球 速度为零,则电场力对小球做负功,由动能定理得 mg(h+d)-qU=0,若仅上移或下移 A 板适当距离,两板 间电压不变,仍满足 mg(h+d)-qU=0,小球仍然刚好到达 S2,则 A、B 选项错误;断开开关,
9、Q 不变,因 E= ,则电场强度 E不变,由动能定理得 mg(h+d)-Eqd=0,将 A板向上移适当距离,假设仍能到达 S2处, 4 r 则重力做功不变,电场力做功增多,故假设不成立,即到达不了 S2处速度已为零,故 C 选项错误;若下移 A 板适当距离,假设仍能到达 S2处,则重力做功不变,电场力做功变少,所以总功为正功,到达 S2处小球 速度不为零,能够穿过 S2孔,故 D 选项正确。 7. 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,P 小球从紧靠左极板处由静止开始释放,Q 小球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
10、上的同一位置,则从开始释放到运动到右极板的过程中它们的( ) A.运行时间 tPtQ B.电势能减少量之比 EPEQ=21 C.电荷量之比 qPqQ=21 D.动能增加量之比 EkPEkQ=41 答案 C 解析两球均受重力和电场力作用,做匀加速直线运动,按运动的分解,竖直方向是重力作用下的自由落 体运动,二者下降位移相同,所用时间相等,A 错误;水平方向是在电场力作用下的初速度为零的匀加速 直线运动,位移之比是 xPxQ=21,由公式 x=t2得它们的电荷量之比 qPqQ=21,C 正确;又 2 EP=qPU,EQ=qQ,故 EPEQ=41,B 错误;动能增加量 =EP+mgh,=EQ+mgh
11、,故 2 kk 41,D 错误。kk 二、多项选择题 8. 如图所示,在真空中 A、B 两块平行金属板竖直放置并接入电路。调节滑动变阻器,使 A、B两板间的 电压为 U时,一质量为 m、电荷量为-q 的带电粒子,以初速度 v0从 A 板上的中心小孔沿垂直两板的方 向射入电场中,恰从 A、B 两板的中点处沿原路返回(不计重力),则下列说法正确的是( ) A.使初速度变为 2v0时,带电粒子恰能到达 B 板 B.使初速度变为 2v0时,带电粒子将从 B 板中心小孔射出 C.使初速度 v0和电压 U 都增加为原来的 2倍时,带电粒子恰能到达 B 板 D.使初速度 v0和电压 U 都增加为原来的 2
12、倍时,带电粒子将从 B 板中心小孔射出 答案 BC 解析设带电粒子进入电场中的位移为 x,根据动能定理得-qEx=0-,又 E= 得 x=,由此可知, 1 2 m 02 02 2 要使带电粒子进入电场后恰能到达 B 板处,x 变为原来的 2 倍,采取的方法有:使带电粒子的初速度变 为v0;或使 A、B 两板间的电压变为 U;或使初速度 v0和电压 U 都增加到原来的 2 倍,故 B、C 正 2 1 2 确,A、D错误。 9.(2018全国卷)如图所示,一平行板电容器连接在直流电源上,电容器的极板水平;两微粒 a、b 所带 电荷量大小相等、符号相反,使它们分别静止于电容器的上、下极板附近,与极板
13、距离相等。现同时 释放 a、b,它们由静止开始运动。在随后的某时刻 t,a、b 经过电容器两极板间下半区域的同一水平 面。a、b间的相互作用和重力可忽略。下列说法正确的是( ) A.a的质量比 b 的大 B.在 t时刻,a 的动能比 b 的大 C.在 t时刻,a 和 b 的电势能相等 D.在 t 时刻,a和 b的动量大小相等 答案 BD 解析根据题意可知竖直方向上的位移关系 xaxb,根据 x= at2和 a=,联立可得 x=t2,质量和位移 1 2 1 2 成反比,所以 a 的质量小于 b的质量,A 选项错误;根据动能定理 qEx= mv2-0,动能大小与位移成正 1 2 比,B选项正确;t
14、 时刻,a和 b位于同一等势面上,但是带电性质不同,所以电势能不相等,C 选项错误;根 据动量定理得,qEt=mv-0,所以动量大小相等,D 选项正确。 10.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 l=0.4 m,两极板间距离 d=41 m,有一束由相同带电微粒组成的粒子流以相同的速度 v0从两极板中央平行极板射入,开关 S 闭0 -3 合前,两极板间不带电,由于重力作用,微粒能落到下极板的正中央。已知微粒质量 m=41 kg、电0 -5 荷量 q=+11 C,g取 10 m/s2。则下列说法正确的是( )0 -8 A.微粒的入射速度 v0=10 m/s B.电容器上板接
15、电源正极时微粒有可能从平行板电容器的右边射出电场 C.电源电压为 180 V 时,微粒可能从平行板电容器的右边射出电场 D.电源电压为 100 V 时,微粒可能从平行板电容器的右边射出电场 答案 AC 解析开关 S 闭合前,两极板间不带电,微粒落到下板的正中央,由gt2, =v0t,得 v0=10 m/s,A 对;电容 2 = 1 2 2 器上板接电源正极时,微粒的竖直方向加速度更大,水平位移将更小,B 错;设微粒恰好从平行板右边缘 下侧飞出时的加速度为 a,电场力向上,则,l=v0t1,mg-=ma,得 U1=120 V,同理,微粒在平行板 2 = 1 2 a 12 1 右边缘上侧飞出时,可
16、得 U2=200 V,所以平行板上板带负电,电源电压为 120 VU200 V 时微粒可 以从平行板电容器的右边射出电场,C 对,D错。 三、非选择题 11. 如图所示,在 A 点固定一正电荷,电荷量为 Q,在离 A 高度为 h0的 C 处由静止释放某带同种电荷的液 珠,开始运动瞬间的加速度大小恰好为重力加速度 g。已知静电力常量为 k,两电荷均可看成点电荷, 不计空气阻力。 (1)求液珠速度最大时离 A点的距离 h。 (2)若已知在点电荷 Q 的电场中,某点的电势可表示成 =,其中 r 为该点到 Q 的距离(选无限远处电 势为零)。求液珠能到达的最高点 B 离 A 点的高度 rB。 答案(1
17、)h0 (2)2h0 2 解析(1)设液珠电荷量为 q,质量为 m,当液珠在 C 点时,由牛顿第二定律知 k-mg=ma 02 又因为 a=g 当液珠速度最大时,其所受合力为零,则 k=mg,代入式,解得 h=h0。 2 2 (2)设 BC间的电势差大小为 UCB,由题意得 UCB=C-B= 0 对液珠由释放处至液珠到达最高点(速度为零)的全过程应用动能定理得 qUCB-mg(rB-h0)=0 代入式解得 rB=2h0。 12.下图为一多级加速器模型,一质量为 m=1.010-3 kg、电荷量为 q=8.010-5 C 的带正电小球(可视 为质点)通过 1、2 级无初速度地进入第 3 级加速电
18、场,之后沿位于轴心的光滑浅槽,经过多级加速后 从 A 点水平抛出,恰好能从 MN 板的中心小孔 B 垂直金属板进入两板间,A 点在 MN 板左端 M 点正上 方,倾斜平行金属板 MN、PQ 的长度均为 l=1.0 m,金属板与水平方向的夹角为 =37,sin 37=0.6,cos 37=0.8,重力加速度 g 取 10 m/s2。 (1)求 A 点到 M点的高度以及多级加速电场的总电压 U。 (2)若该平行金属板间有图示方向的匀强电场,且电场强度大小 E=100 V/m,要使带电小球不打在 PQ 板上,则两板间的距离 d 至少要多长? 答案(1) m 18.75 V (2) m 17 30 5
19、2 6 解析(1)设小球从 A点到 B点的运动时间为 t1,小球的初速度为 v0,A 点到 M 点的高度为 y 则有=tan 0 1 cos =v0t1 2 y- sin = 2 1 2 g 12 联立并代入数据解得 v0= m/s,y= m 3 17 30 带电小球在多级加速器加速的过程中,根据动能定理有 qU=-0 1 2 m 02 代入数据解得 U=18.75 V。 (2)进入电场时,以沿板向下为 x 轴正方向和垂直于板向下为 y 轴正方向建立直角坐标系,将重力 正交分解,则 沿 y轴方向有 Fy=mgcos -qE=0 沿 x轴方向有 Fx=mgsin 故小球进入电场后做类平抛运动,设小球刚好从 P 点离开,则有 Fx=ma 2 = 1 2 a 22 dmin=t2 0 sin 联立并代入数据解得 dmin= m 52 6 即两板间的距离 d 至少为 m。 52 6