2019年高考物理双基突破--静电感应示波器（共2套含解析）与2019年高考物理双基突破--带电粒子在交变电场中的运动（共2套有解析）

2019年高考物理双基突破-静电感应示波器（共2套含解析）与2019年高考物理双基突破-带电粒子在交变电场中的运动（共2套有解析）2019年高考物理双基突破-静电感应示波器（共2套含解析）1（多选）如图所示，A、B为两个带等量异号电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是AC棒的电势一定高于D棒的电势B在用导线将C棒的x端与D棒的y端连接的瞬间，将有从y流向x的电子流C若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地D若将B球接地，B所带的负电荷 还将保留一部分【答案】ABD【解析】由如图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为ACD B。在用导线将C棒的x端与D棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D棒流向电势高的C棒，这时C与D已 通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的左端均不带电，即C右端的 正电荷与D左端的负电荷中和掉了。当将B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B球流向大地，而另一部分电子受到D棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y的近端处，如果把带正电的A球移走，接地的B球上的负电荷才全部流入大地。故选项A、B、D正确。5某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未接通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看。为了使电视机不受干扰，可采取的办法是A将电视机用一金属笼子罩起来 B将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地C将高频热合机用一金属笼子罩起来D将高频热合机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地【答案】D【解析】 为了使电视机能接收电磁波信号，但又不接收高频热合机产生的电磁波，应将高频热合机产生的电磁波信号屏蔽，而接地金属笼子具有屏蔽内电场的作用，故选项D正确。6一个匀强电场的电场线分布如图甲所示，把一个空心导体引入到该匀强电场后的电场线分布如图乙。在电场中有A、B、C、D 四个点，下面说法正确的是AAB BBC BCEAEB DEBEC【答案】B7将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金 属空心球C内（不与球接触），另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有AA向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向BA的位置不变，B向右偏离竖直方向CA向左偏离竖直方向，B的位置不变DA和B的位置都不变【答案】B【解析】带正电的小球A放 在不带电的空心球C内，由于静 电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在电场力作用下向右偏靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处 场强为零，故A球不受电场力，位置不变。 罩B内放有一个不带电的验电器C，如把一带有正电荷的绝缘体A移近金属网罩B，则A在B的内表面带正电荷，BC0B 在B的右侧外表面带正电荷 C验电器的金属箔片将张开，BEB（4）AB导体处于负电荷的电场中，其电势低于大地的零电势，负电荷要从AB流向大地，则导体带正电，与A、B哪端接地无关（5）A端和B端等势，电荷不沿导体移动，电荷不会中和21如图所示，绝缘开口空心金属球壳A已带电，今把验电器甲的小金属球与A的内部用导线连接，用带绝缘柄的金属小球B与A内壁接触后再与验电器乙的小球接触，甲、乙验电器离球壳A足够远。那么甲验电器的箔片_，乙验电器的箔片_。（填“张开”或“不张开”） 【答案】张开 不张开22如图所示，长为L的金属杆原来不带电，在距其左端r处放一个电荷量为q的点电荷。问：（1）金属杆中点处的场强为多少？（2）金属杆上的感应电荷在杆中点P处产生的场强。【答案】（1）0（2）k 方向向左2019年高考物理双基突破-带电粒子在交变电场中的运动（共2套有解析）1A、B两金属板平行放置，在t0时刻将电子从A板附近由静止释放（电子的重力忽略不计）。分别在A、B两板间加上右边哪种电压时，有可能使电子到不了B板【答案】B2将如图交变电压加在平行板电容器A、B两极板上，开始B板电势比A板电势高，这时有一个原来静止的电子正处在两板的中间，它在电场力作用下开始运动，设A、B两极板的距离足够大，下列说法正确的是A电子一直向着A板运动 B电子一直向着B板运动C电子先向A运动，然后返回向B板运动，之后在A、B两板间做周期性往复运动D电子先向B运动，然后返回向A板运动，之后在A、B两板间做周期性往复运动【答案】D【解析】根据交变电压的变化规律，不难确定电子所受电场力的变化规律，从而作出电子的加速度a、速度v随时间变化的图线，如图所示，从图中可知，电子在第一个T4内做匀加速运动，第二个T4内做匀减速运动，在这半个周期内，因初始B板电势高于A板电势，所以电子向B板运动，加速度大小为eUmd。在第三个T4内做匀加速运动，第四个T4内做匀减速运动，但在这半个周期内运动方向与前半个周期相反，向A板运动，加速度大小为eUmd，所以，电子做往复运动，综上分析正确选项应为D。7如图甲所示，真空室中电极K发出的电子（初速度不计）经过电势差为U1的加速电场加速后，沿两水平金属板C、D间的中心线射入两板间的偏转电场，最后打在荧光屏上。C、D两板间的电势差UCD随时间变化的图象如图乙所示，设C、D间的电场可看作匀强电场，且两板外无电场。已知电子的质量为m、电荷量为e（重力不计），C、D极板长为l，板间距离为d，偏转电压U2，荧光屏距C、D右端的距离为l6，所有电子都能通过偏转电极。（1）求电子通过偏转电场的时间t0；（2）若UCD的周期Tt0，求荧光屏上电子能够到达的区域的长度；（3）若UCD的周期T2t0，求到达荧光屏上O点的电子的动能。【答案】（1）lm2U1e（2）U2l24dU1（3）U1eeU22l236U1d2（2）当Tt0时，电子在偏转电场中沿竖直方向加速半个周期，减速半个周期，最终水平飞出时，电子在竖直方向的位移最大。t0时刻进入偏转电场的电子向上侧移距离最大值y上12U2edm（t02）22U2l28dU1 同理得向下侧移距离最大值y下12U2edm（t02）22U2l28dU1所以电子能到达的区域长yy下y上U2l24dU1。（3）当T2t0时，电子要到达O点必须在竖直方向有先加速后减速再反向加速的过程，并且加速度大小相等，整个过程向上的位移和向下的位移大小相等。设向上加速时间为t，加速度大小为a，则在竖直方向上有y上12at22 y下12a（t02t）2a（t02t）l6v0要到达O点，y上y下联立得tt03所以到达O点的电子经过偏转电场时电场力做功W12ma（t02t）2eU22l236U1d2电子从K到O过程由动能定理得EkU1eWU1eeU22l236U1d2。8如图甲所示，真空中相距d5 cm的两块平行金属板A、B与电源连接（图中未画出），其中B板接地（电势为零），A板电势变化的规律如图乙所示。将一个质量m2.01027kg、电量q1.61019C的带电粒子从紧邻B板处释放，不计重力。求：（1）在t0时刻释放该带电粒子，释放瞬间粒子加速度的大小；（2）若A板电势变化周期T1.0105 s，在t0时将带电粒子从紧邻B板处无初速度释放，粒子到达A板时速度的大小；（3）A板电势变化频率f满足什么条件时，在tT4时从紧邻B板处无初释放该带电粒子，粒子不能到达A板？【答案】（1）4.0109 m/s2（2）2.0104 m/s（3）f52104 Hz可以发现，位移大小与极板间的距离相等，故粒子在tT2时恰好到达A板，由vat解得v2.0104 m/s。（3）粒子在T4T2向A板做匀加速运动，在T2 3T4向A板做匀减速运动，由运动的对称性可知，在t3T4时速度为零，故在3T4T时间内，粒子反向向B板加速运动粒子运动时间T内的运动图像，如图所示。粒子向A板运动可能的最大位移xmax212a（ ）2116aT2。要求粒子不能到达A板，有xd。结合f1T，解得f a16d，代入数据解得f52104 Hz。9如图甲所示，水平放置的平行金属板AB间的距离d0.1 m，板长L0.3 m，在金属板的左端竖直放置一带有小孔的挡板，小孔恰好位于AB板的正中间。距金属板右端x0.5 m处竖直放置一足够大的荧光屏。现在AB板间加如图乙所示的方波形电压，已知U01.0102 V。在挡板的左侧，有大量带正电的相同粒子以平行于金属板方向的速度持续射向挡板，粒子的质量m1.0107 kg，电荷量q1.0102 C，速度大小均为v01.0104 m/s。带电粒子的重力不计。求：（1）在t0时刻进入的粒子射出电场时竖直方向的速度；（2）荧光屏上出现的光带长度；（3）若撤去挡板，同时将粒子的速度均变为v2.0104 m/s，则荧光屏上出现的光带又为多长。【答案】（1）103 m/s（2）4.0102 m（3）0.15 m 射出电场时竖直方向的速度va23Ta13T103 m/s。（2）无论何时进入电场，粒子射出电场时的速度均相同。偏转最大的粒子偏转量d112a（ ）223aT13T12a（13T）23.5102 m反方向最大偏转量d212a（13T）213aT23T12a（ ）20.5102 m形成光带的总长度ld1d24.0102 m。（3）带电粒子在电场中运动的时间变为T2，打在荧光屏上的范围如图所示。d1aT2xv3.75102 m d2aT6xv1.25102 m形成的光带长度ld1dd20.15 m。10如图甲，A、B为两块平行金属板，极板间电压为UAB1125V，两板中央各有小孔O和O。现有足够多的电子源源不断地从小孔O由静止进入A、B之间。在B板右侧，平行金属板M、N长L14102m，板间距离d4103m，在距离M、N右侧边缘L20.1 m处有一荧光屏P，当M、N之间未加电压时电子沿M板的下边沿穿过，打在荧光屏上的O点并发出荧光。现在金属板M、N之间加一个如图乙所示的变化电压u，在t0时刻，M板电势低于N板电势。已知电子质量为me9.01031 kg，电荷量为e1.61019 C。（1）每个电子从B板上的小孔O射出时的速度为多大？（2）电子打在荧光屏上的范围是多少？（3）打在荧光屏上的电子的最大动能是多少？ 【答案】（1）2107 m/s（2）范围为从O向下0.012 m内（3）1.81016 J（2）当u22.5V时，电子经过M、N板向下的偏移量最大，为y112eumd（ ）2121.6101922.59.010314103（ ）2m2103 my1d，说明所有的电子都可以飞出平行金属板M、N，此时电子在竖直方向的速度大小为vyeumdL1v01.6101922.59.01031410341022107 m/s2106 m/s，电子射出金属板M、N后到达荧光屏P的时间为t2L2v00.12107 s5109 s电子射出金属板M、N后到达荧光屏P的偏移量为y2vyt221065109 m0.01 m电子打在荧光屏P上的最大偏移量为yy1y20.012 m，即范围为从O向下0.012 m内。（3）当u22.5 V时，电子飞出电场的动能最大Ek12m（v02vy2）129.01031（2107）2（2106）2J1.81016 J或由动能定理得Eke（UAB+ ）1.61019（112511.25）J1.81016 J。11如图甲，极板A、B间电压为U0，极板C、D间距为d，荧光屏到C、D板右端的距离等于C、D板的板长。A板O处的放射源连续无初速地释放质量为m、电荷量为q的粒子，经电场加速后，沿极板C、D的中心线射向荧光屏（荧光屏足够 大且与中心线垂直），当C、D板间未加电压时，粒子通过两板间的时间为t0；当C、D板间加上如图乙所示电压（图中电压U1已知）时，粒子均能从C、D两板间飞出，不计粒子的重力及相互间的作用。求：（1）C、D板的长度L；（2）粒子从C、D板间飞出时垂直于极板方向偏移的最大距离；（3）粒子打在荧光屏上区域的长度。【答案】（1）t02qU0m（2）qU1t022md（3）3qU1t022md（2）粒子从nt0（n0、2、4）时刻进入C、D间，偏移距离最大，粒子做类平抛运动，偏移距离y12at02，加速度aqU1md，得：yqU1t022md。（3）粒子在C、D间偏转距离最大时打在荧光屏上的位置距中心线最远，从C、D板飞出时的偏转角tan vyv0，vyat0，打在荧光屏上的位置距中心线最远距离， syLtan 。粒子打在荧光屏上区域的长度ss3qU1t022md。12真空室中有如图甲所示的装置，电极K持续发出的电子（初速不计）经过电场加速后，从小孔O沿水平放置的偏转极板M、N的中心轴线OO射入。M、N板长均为L，间距为d，偏转极板右边缘到荧光屏P（足够大）的距离为S。M、N两板间的电压UMN随时间t变化的图线如图乙所示。调节加速电场的电压，使得每个电子通过偏转极板M、N间的时间等于图乙中 电压UMN的变化周期T。已知电子的质量、电荷量分别为m、e，不计电子重力。（1）求加速电场的电压U1；（2）欲使不同时刻进入偏转电场的电子都能打到荧光屏P上，求图乙中电压U2的范围；（3）证明在（2）问条件下电子打在荧光屏上形成亮线的长度与距离S无关。【答案】（1）mL22eT2（2）U24md23eT2（3）见解析（2）t0时刻进入偏转电场的电子，先作类平抛运动，后做匀速直线运动，射出电场时沿垂直平板面方向偏移的距离y最大。y112eU2md（T2）2 y22y1 y1y2d2得U24md23eT2。（3）对满足（2）问条件下任意确定的U2，不同时刻射出偏转电场的电子沿垂直于极板方向的速度均为vyqU2T2md电子速度偏转角的正切值均为tan qU2T2mdv0qU2T22mdL电子射出偏转电场时的偏转角度均相同， 即速度方向相同不同时刻射出偏转电场的电子沿垂直于极板方向的侧移距离可能不同，侧移距离的最大值与最小值之差yeU2md（T2）2，y与U2有关。因电子射出时速度方向相同，所以在屏上形成亮线的长度等于y，可知，屏上形成亮线的长度与P到极板M、N右边缘的距离S无关。13制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d的两平行极板，如图甲所示。加在极板A、B间的电压UAB作周期性变化，其正向电压为U0，反向电压为 k