《创新设计》2016年高考物理一轮复习教师word文档 活页作业 x3-1-6-3.doc

第 3 课时 电容器 带电粒子在电场中的运动 基本技能练 1.如图 1 所示，先接通 S 使电容器充电，然后断开 S。当增大两极板间距离时，电容器所 带电荷量 Q、电容 C、两极板间电势差 U、两极板间场强 E 的变化情况是 ( ) 图 1 AQ 变小，C 不变，U 不变，E 变小 BQ 变小，C 变小，U 不变，E 不变 CQ 不变，C 变小，U 变大，E 不变 DQ 不变，C 变小，U 变小，E 变小 解析 电容器充电后再断开 S，则电容器所带的电荷量 Q 不变，由 C 可知，d 增 rSd 大时，C 变小；又 U ，所以 U 变大；由于 E ，U ，所以 E ， QC Ud QC 4kdQrS 4kQrS 故 d 增大时，E 不变，选项 C 正确。 答案 C 2. (2014安徽六校联考 )如图 2 所示，六面体真空盒置于水平面上，它的 ABCD 面与 EFGH 面为金属板，其他面为绝缘材料。ABCD 面带正电，EFGH 面带负电。从小孔 P 沿水平 方向以相同速度射入三个质量相同的带正电液滴 A、B、C，最后分别落在 1、2、3 三 点。则下列说法正确的是 ( ) 图 2 A三个液滴在真空盒中都做平抛运动 B三个液滴的运动时间不一定相同 C三个液滴落到底板时的速率相同 D液滴 C 所带电荷量最多 解析 三个液滴具有相同的水平初速度，但除了受重力以外，还受水平方向的电场力 作用，不是平抛运动，选项 A 错误；在竖直方向上三个液滴都做自由落体运动，下落 高度又相同，运动时间必相同，选项 B 错误；在相同的运动时间内，液滴 C 水平位移 最大，说明它在水平方向的加速度最大，它受到的电场力最大，故它所带电荷量也最 多，选项 D 正确；因为电场力对液滴 C 做功最多，它落到底板时的速率最大，选项 C 错误。 答案 D 3(多选)2015广州市综合测试(一) 如图 3 所示的阴极射线管，无偏转电场时，电子束加 速后打到荧屏中央形成亮斑。如果只逐渐增大 M1M2 之间的电势差，则 ( ) 图 3 A在荧屏上的亮斑向上移动 B在荧屏上的亮斑向下移动 C偏转电场对电子做的功增大 D偏转电场的电场强度减小 解析 电子束在偏转电场中做类平抛运动，沿垂直电场方向做匀速运动，故在电场中 运动时间不变。电子在偏转电场中受向上的电场力，故向上偏转，A 项正确，B 项错 误；沿电场方向上，电子束做匀变速直线运动，两板间电压增大，偏转电场的场强增 大，D 项错误；电子所受电场力增大，因此加速度增大，由位移规律可知，电子在电 场中侧移量增大，由功的定义式可知，电场力做功增大，C 项正确。 答案 AC 4.如图 4 所示，平行板电容器与电动势为 E 的直流电源(内阻不计) 连接，下极板接地。一带 电油滴位于电容器中的 P 点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向 上移动一小段距离，则 ( ) 图 4 A带电油滴将沿竖直方向向上运动 BP 点的电势将降低 C带电油滴的电势能将减小 D电容器的电容减小，而极板带电荷量将增大 解析 电容器始终与电源连接，其两端的电压 U 始终保持不变，上极板向上移动一小 段距离，意味着板间距离 d 增大，由 E 可知 E 减小，带电油滴受到的电场力 FqE Ud 也减小且小于重力，所以油滴将向下运动，选项 A 错误；设 P 点离下极板距离为 x， 则 ，可知其电势降低，选项 B 正确；电势能 Epq 不仅和电势的高低有关，还 Uxd 和电荷的正负及电荷量有关，由题意分析知油滴带负电，则 降低，E p 反而要增加， 选项 C 错误；由 C 可知电容 C 减小，由 QCU 可知极板带电量 Q 也将减小， rS4kd 选项 D 错误。 答案 B 5. (多选)(2014长春模拟)如图 5 所示，在正方形 ABCD 区域内有平行于 AB 边的匀强电场， E、F、G、H 是各边中点，其连线构成正方形，其中 P 点是 EH 的中点。一个带正电的 粒子( 不计重力) 从 F 点沿 FH 方向射入电场后恰好从 D 点射出。下列说法正确的是 ( ) 图 5 A粒子的运动轨迹一定经过 P 点 B粒子的运动轨迹一定经过 PE 之间某点 C若将粒子的初速度变为原来的一半，粒子会由 E、D 之间某点(不含 E、D )射出正方 形 ABCD 区域 D若将粒子的初速度变为原来的一半，粒子恰好由 E 点射出正方形 ABCD 区域 解析 粒子从 F 点沿 FH 方向射入电场后恰好从 D 点射出，其轨迹是抛物线，则过 D 点作速度的反向延长线一定与水平位移交于 FH 的中点，而延长线又经过 P 点，所以 粒子轨迹一定经过 PE 之间某点，选项 B 正确；由平抛知识可知，当竖直位移一定时， 水平速度变为原来的一半，则水平位移也变为原来的一半，选项 D 正确。 答案 BD 6. (多选)如图 6 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 v0 从原处飞入，则带电小球 ( ) 图 6 A将打在下板中央 B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 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 解析 由题意可知电容器所带电荷量不变，因 E ，所以上板上移一小 Ud QCd 4kQrS 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，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 D 正确。 答案 BD 7.如图 7 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 a，最低点为 b。不计空气阻力，则下列说法正确的是 ( ) 图 7 A小球带负电 B电场力跟重力平衡 C小球在从 a 点运动到 b 点的过程中，电势能减少 D小球在运动过程中机械能守恒 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，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，A 错误；小球在从 a 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，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，D 错误。 答案 B 8. (多选)美国物理学家密立根通过研究平行板间悬浮不动的带电油滴，比较准确地测定了 电子的电荷量。如图 8，平行板电容器两极板 M、N 相距 d，两极板分别与电压为 U 的 恒定电源两极连接，极板 M 带正电。现有一质量为 m 的带电油滴在极板中央处于静止 状态，且此时极板带电荷量与油滴带电荷量的比值为 k，则 ( ) 图 8 A油滴带电荷量为 mgdU B电容器的电容为 kmgdU2 C将极板 M 向下缓慢移动一小段距离，油滴将向上运动 D将极板 N 向下缓慢移动一小段距离，油滴将向上运动 解析 由题意知油滴受到的电场力方向竖直向上，又因上极板带正电，故油滴带负电 荷，设油滴带电荷量为 q，则极板带电荷量为 Qkq，由 qEmg 、UEd、QCU， 联立解得 q ，C ，选项 A、B 正确；当两极板间距离 d 减小时，板间场强 mgdU kmgdU2 E 增大，电场力大于重力，油滴将向上运动 ，选项 C 正确；当两极板间距离 d 增 Ud 大时，板间场强 E 减小，重力大于电场力，油滴将向下运动 ，选项 D 错误。 Ud 答案 ABC 能力提高练 9. (多选 )(2014长春市调研测试)有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的小球，从 左上同一点以相同的水平速度先后射入匀强电场中，A、B、C 三个小球的运动轨迹如 图 9 所示，A、B 小球运动轨迹的末端处于同一竖直线上，则如图运动轨迹对应的过程 ( ) 图 9 A小球 A 带负电，B 不带电， C 带正电 B三小球运动的时间 tAt Bt C C小球 B 和小球 C 的末动能可能相等 D小球 A 和小球 C 的电势能变化绝对值可能相等 解析 小球水平方向不受力，做匀速运动，竖直方向做匀加速运动，由水平位移公式 xv 0t，因初速度相同，x Ax Bx C，知 tAt Bt C，则选项 B 错误；由竖直位移公式 y at2，而 yAy B，得：a Aa B；又 yAy C，t At C，得： aAa C，同理 aBa C，因场 12 强方向向下，可以判定小球 A 带负电，B 不带电，C 带正电，则选项 A 正确；因 aB aC，得：合力 maBma C，由动能定理有：F 合 yE kE ktE k0，而初动能 Ek0 mv 相同，又 yByC，所以末动能 EkCE kB，则选项 C 错误；又电场力做功为 12 20 qEy，y Ay C，电荷量 q 未知，有可能 qAq C，使 qEy 有可能相等，即电势能变化绝对 值有可能相等，故选项 D 正确。 答案 AD 10(多选)(2014贵州六校联考 )如图 10 所示，一个电荷量为 Q(Q0)的点电荷甲，固定 在粗糙绝缘水平面上的 O 点，另一个电荷量为q( q0) 、质量为 m 的点电荷乙，从 A 点以初速度 v0 沿它们的连线向甲运动，到 B 点时速度减小到最小值 v。已知点电荷乙与 水平面间的动摩擦因数为 ，A、B 间距离为 L0，静电力常量为 k，则下列说法中正确 的是 ( ) 图 10 AO、B 间的距离为 kQqmg B在点电荷甲产生的电场中，B 点的场强大小为 mgq C点电荷乙在 A 点的电势能小于在 B 点的电势能 D在点电荷甲产生的电场中， A、B 间的电势差 UAB mv2 mv202q 解析 因点电荷乙到 B 点时速度减小到最小值 v，说明加速度为零，有 k mg ，解 Qqr2 得 r ，A 对；联立点电荷场强公式得 Ek ，B 对；点电荷乙由 A 点向 kQqmg Qr2 mgq B 点运动过程中，电场力对点电荷乙做正功，点电荷乙的电势能必减少，C 错；点电荷 乙从 A 点到 B 点过程中，由动能定理可知 WmgL 0 mv2 mv ，此过程中电场力 12 12 20 对点电荷乙做功为 WqU AB，联立可得 UAB ，D 错。 2mgL0 mv2 mv202q 答案 AB 11.在如图 11 所示的直角坐标系中，第二象限有沿 y 轴负方向的匀强电场 E1，第三象限存 在沿 x 轴正方向的匀强电场 E2，第四象限中有一固定的点电荷。现有一质量为 m 的带 电粒子由第二象限中的 A 点(a，b) 静止释放(不计重力)，粒子到达 y 轴上的 B 点时， 其速度方向和 y 轴负方向的夹角为 45，粒子在第四象限中恰好做匀速圆周运动，经过 x 轴上的 C 点时，其速度方向与 x 轴负方向的夹角为 60，求： 图 11 (1)E1 和 E2 之比； (2)点电荷的位置坐标。 解析 (1)设粒子在第二象限中的运动时间为 t1，进入第三象限时的速度为 v0，有 b t 12qE1m 21 b v0t1 12 设粒子在第三象限中的运动时间为 t2，在 B 点时速度为 v，x 轴方向的分速度为 vx，则 v v02 vxv 0 a t 12qE2m 2 a vxt2 12 联立以上各式得 ，t 2 。 E1E2 ab 2av0 (2)设 O、B 的间距为 l，粒子做圆周运动的半径为 r，则 lv 0t22a lrcos 45rsin 30 由以上两式得 r4a( 1)2 所以点电荷的位置坐标：x Drsin 452a(2 )2 yD(lrcos 45)2a(1 )。2 答案 (1) (2)x D2a(2 ) y D2a(1 ) ab 2 2 12示波管是示波器的核心部分，它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，如图 12 甲所示。电子枪具有释放电子并使电子聚集成束以及加速电子的作用；偏转系统使 电子束发生偏转；电子束打在荧光屏上形成光迹。这三部分均封装于真空玻璃壳中。已 知电子的电荷量 e1.610 19 C，质量 m9.110 31 kg，电子所受重力及电子之间的 相互作用力均可忽略不计，不考虑相对论效应。 图 12 (1)电子枪的三级加速可简化为如图乙所示的加速电场，若从阴极逸出电子的初速度可 忽略不计，要使电子被加速后的动能达到 1.61016 J，求加速电压 U0 为多大； (2)电子被加速后进入偏转系统，若只考虑电子沿 Y(竖直)方向的偏转情况，偏转系统可 以简化为如图丙所示的偏转电场。偏转电极的极板长 l4.0 cm，两板间距离 d1.0 cm，极板右端与荧光屏的距离 L18 cm，当在偏转电极上加 u480sin 100t(V)的正弦 交变电压时，如果电子进入偏转电场的初速度 v03.010 7m/s，求电子打在荧光屏上产 生亮线的最大长度。 解析 (1)对于电子通过加速电场的过程，由动能定理有 eU0E k 解得 U01.010 3 V。 (2)由 u480sin 100t (V)，可知偏转电场变化的周期 T0.02 s，而电子通过电场的时 间 t s1.33310 9 s lv0 410 23.0107 可见 Tt，则电子通过偏转电场过程