【全程复习方略】高考物理二轮复习 课时冲关练 4.7电场及带电粒子在电场中的运动（B卷）.doc

电场及带电粒子在电场中的运动(b卷)(45分钟，100分)一、单项选择题(本题共4小题，每小题8分，共32分。每小题只有一个选项正确)1.(2014温州一模)如图所示是激光闪光灯的电源线路图，首先把s打到“a”位置，对大电容充电。稳定后再把s打到“b”位置，通过放电使闪光灯闪光。已知电源电动势为e，电容器电容为c。下列说法中正确的是()a.当s打到a对电容器充电时，通过电流表的电流由零开始先变大后变小b.对电容器充电过程中，电源消耗的电能为ce2c.电容器贮存电场能为ce2d.整个过程中通过电流表的电流方向不变【解析】选b。电容器充电开始通过电流表电流最大，然后变小，选项a错误；充电过程中通过电源的电量为q=ce，则电源消耗的电能为e电=qe=ce2，选项b正确；由于电路中存在电阻，电容器储存电场能比ce2小，选项c错误；充电过程中，通过电流表的电流方向向右，放电过程中通过电流表的电流方向向左，选项d错误。2.如图所示，电场中的一簇电场线关于y轴对称分布，o点是坐标原点，m、n、p、q是以o为圆心的一个圆周上的四个点，其中m、n在y轴上，q点在x轴上，则()a.m点电势比p点电势高b.om间的电势差等于no间的电势差c.一正电荷在o点的电势能小于在q点的电势能d.将一负电荷从m点移到p点，电场力做正功【解析】选d。由图可知，场源电荷必然在o点以下的y轴上，电场线与等势面处处正交，沿电场线方向电势降低最快，则过p点的等势面对应的电势较高，选项a错误；电场线密处，等势面也越密，因此no之间的电势差较大，选项b错误；正电荷的电势能的高低可以看电势的高低，过o点的等势面与x轴相切，过q点的等势面与x轴相交，所以o点的电势比q点高，选项c错误；用同样的办法作等势面，mp之间的电势差小于零，将负电荷从m点移到p点，电场力做正功，选项d正确。3.静电计是在验电器的基础上制成的，用其指针张角的大小来定性显示其金属球与外壳之间的电势差大小。如图所示，a、b是平行板电容器的两个金属板，g为静电计。开始时开关s闭合，静电计指针张开一定角度，为了使指针张开的角度增大些，下列采取的措施可行的是()a.断开开关s后，将a、b分开些b.保持开关s闭合，将a、b两极板分开些c.保持开关s闭合，将a、b两极板靠近些d.保持开关s闭合，将变阻器滑动触头向右移动【解析】选a。断开开关，电容器带电量q不变，将a、b分开一些，则d增大，根据c=rs4kd知，电容c减小，根据c=qu知，电势差u增大，指针张角增大，故a正确；保持开关闭合，电容器两端的电势差不变，则指针张角不变，b、c、d错误。【加固训练】(2014海淀区一模)如图所示，两块相互靠近彼此绝缘的平行金属板组成平行板电容器，极板n与静电计金属球相连，极板m和静电计的外壳均接地。用静电计测量平行板电容器两极板间的电势差u。在两板相距为d时，给电容器充电，静电计指针张开一定角度。在整个实验过程中，保持电容器的带电量q不变，下面的操作中将使静电计指针张角变小的是()a.仅将m板向下平移b.仅将m板向左平移c.仅在m、n之间插入云母板(介电常数大于1)d.仅在m、n之间插入金属板，且不和m、n接触【解析】选c、d。根据c=rs4kd，仅将m板向下平移，则s减小，仅将m板向左平移，d变大，这两个都会使c减小，根据u=qc，则u变大，静电计指针张角变大，a、b错误；仅在m、n之间插入云母板(介电常数大于1)，则r变大，仅在m、n之间插入金属板，且不和m、n接触，相当于d减小，这两个都会使得c变大，根据u=qc，则u减小，静电计指针张角减小，c、d正确。4.(2014嘉兴一模)如图所示，不带电的金属球a固定在绝缘底座上，它的正上方有b点，该处有带电液滴不断地自静止开始落下，液滴到达a球后将电荷量全部传给a球。设前一液滴到达a球后，后一液滴才开始下落，不计b点未下落带电液滴对下落液滴的影响，则下列叙述中正确的是()a.第一滴液滴做自由落体运动，以后液滴做变加速运动，都能到达a球b.当液滴下落到重力等于电场力位置时，开始做匀速运动c.所有液滴下落过程所能达到的最大动能不相等d.所有液滴下落过程中电场力做功相等【解析】选c。第一滴液滴下落时，a上不带电，故不受电场力作用，只受重力，所以做自由落体运动，以后的液滴在下落过程中，将受电场力作用，且在靠近a的过程中电场力逐渐变大，所以做变加速运动，当a电荷量较大时，使得液滴受电场力大于重力时，液滴有可能不能到达a球，所以a错误；当液滴下落到重力等于电场力位置时，再运动重力将不等于电场力，所以不会做匀速运动，故b错误；每滴液滴在下落过程中，a带电荷量不同，故下落液滴动能最大的位置不同，此时合外力做功不同，最大动能不相等，所以c正确；每滴液滴在下落过程中a带电荷量不同，液滴受电场力不同，电场力做功不同，所以d错误。二、不定项选择题(本题共3小题，每小题8分，共24分。每小题至少一个选项正确)5.(2014杭州一模)如图所示，两个等量同种点电荷分别固定于光滑绝缘水平面上a、b两点。一个带电粒子由静止释放，仅受电场力作用，沿着ab中垂线从c点运动到d点(c、d是关于ab对称的两点)。下列关于粒子运动的v -t图像中可能正确的是()【解析】选c、d。由于a、b两点放置的是同种电荷，所以连线中点的场强为零，无穷远处场强也为零，其间有一点电场强度最大，所以粒子从c点向中点运动过程中，加速度可能一直减小，也可能先增大后减小，故选项a、b错误，c、d正确。6.(2014湖州一模)一粒子从a点射入电场，从b点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面平行，不计粒子的重力，下列说法正确的有()a.粒子受到的电场力先不变后增大b.粒子的速度不断增大c.粒子的加速度先不变，后变小d.若粒子从a点关于虚线对称的a点射入电场后，将从b点关于虚线对称的b点射出电场【解析】选c、d。由题图知，根据等差等势面的疏密描述电场强度的强弱可知，电场强度先不变后减小，所以粒子受到的电场力先不变后减小，加速度先不变后减小，故a错误，c正确；根据电场线与等势面的关系知电场力垂直于等势面，由力要指向轨迹弯曲的内侧，可得粒子做减速运动，故b错误；根据等势面关于虚线对称，则电场力也具有对称性，可知若粒子从a点关于虚线对称的a点射入电场后，将从b点关于虚线对称的b点射出电场，所以d正确。7.如图所示，a板发出的电子经加速后，水平射入水平放置的两平行金属板间，金属板间所加的电压为u，电子最终打在光屏p上，关于电子的运动，下列说法中正确的是()a.滑动触头向右移动时，电子打在荧光屏上的位置上升b.滑动触头向左移动时，电子打在荧光屏上的位置上升c.电压u增大时，电子打在荧光屏上的速度大小不变d.电压u增大时，电子从发出到打在荧光屏上的时间不变【解题指南】解答本题应注意以下两点：(1)滑动触头向右移动时，加速电压增大；滑动触头向左移动时，加速电压减小；(2)电子在水平放置的两平行金属板间做类平抛运动。【解析】选b、d。由题意知，电子在加速电场中加速运动，根据动能定理得eu1=12mv2，电子获得的速度为v=2eu1m；电子进入偏转电场后做类平抛运动，也就是平行电场方向做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为a=eumd；电子在电场方向偏转的位移为y=12at2，垂直电场方向做匀速直线运动，电子在电场中运动时间为t=lv。滑动触头向右移动时，加速电压变大，所以电子获得的速度v增加，可知，电子在电场中运动时间t减少，故电子偏转位移y变小，因为电子向上偏转，故在屏上的位置下降，a错误；滑动触头向左移动时，加速电压变小，所以电子获得的速度v减小，可知，电子在电场中运动时间t变大，故电子偏转位移y变大，因为电子向上偏转，故在屏上的位置上升，b正确；偏转电压增大时，电子在电场中受到的电场力增大，即电子偏转的加速度a增大，又因为加速电压不变，电子进入电场的速度没有变化，电子在电场中运动的时间t没有发生变化，故d正确；电子在偏转电场中偏转位移增大，电子打在荧光屏上的速度增大，c错误。三、计算题(本题共2小题，共44分。需写出规范的解题步骤)8.(22分)(2014杭州一模)如图甲所示，水平放置的平行金属板ab间的距离d=0.1m，板长l=0.3m，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a、b板的正中间，距金属板右端x=0.5m处竖直放置一足够大的荧光屏，现在a、b板间加如图乙所示的方波形电压，已知u0=1.0102v，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m=1.010-7kg，电荷量q=1.010-2c，速度大小均为v0=1.0104m/s，带电粒子的重力不计，则：(1)求粒子在电场中的运动时间。(2)求在t=0时刻进入的粒子打在荧光屏上的位置到o点的距离。(3)请证明粒子离开电场时的速度均相同。(4)若撤去挡板，求荧光屏上出现的光带长度。【解析】(1)粒子水平方向做匀速直线运动t=lv0=310-5s(3分)(2)t=0时刻进入的粒子先做匀加速直线运动210-5s，再做匀减速直线运动110-5s加速度大小相等，a=qu0md=108m/s2(3分)打出电场时，竖直速度vy=at1-at2=1000m/s(3分)打出电场时，竖直位移y=(1+3+3)12at22=0.035m(3分)依据比例可得y=y+vyv0x=0.035+0.05=0.085m(2分)(3)vy=a(t+-t-)(2分)t+为粒子在电场中运动时正向电压(上极板为u0)的持续时间，t-为粒子在电场中运动时负向电压(下极板为u0)的持续时间，(t+t-)恰好等于交变电压的周期，故vy=1000m/s又所有粒子打入时的水平速度均为10000m/s，且水平方向做匀速直线运动所以所有粒子离开电场时的速度均为v=1000101，方向与水平方向成arccot10度角(3分)(4)由第(3)问可知，所有粒子飞出时的速度均相同，重点研究t=210-5s时打入的一个粒子，若其恰好能不碰下极板(如图)光带长度为l=d-12at22=0.095m(3分)答案：(1)310-5s(2)0.085 m(3)见解析(4)0.095m9.(22分)如图甲所示，水平放置的平行金属板a和b的距离为d，它们的右端安放着垂直于金属板的靶mn，现在a、b板上加上如图乙所示的方波形电压，电压的正向值为u0，反向电压值为u02，且每隔t2变向1次。现将质量为m的带正电，且电荷量为q的粒子束从ab的中点o以平行于金属板的方向oo射入，设粒子能全部打在靶上，而且所有粒子在a、b间的飞行时间均为t。不计重力的影响，试求：(1)定性分析在t=0时刻从o点进入的粒子，在垂直于金属板的方向上的运动情况。(2)在距靶mn的中心o点多远的范围内有粒子击中？(3)要使粒子能全部打在靶mn上，电压u0的数值应满足什么条件？(写出u0、m、d、q、t的关系式即可)【解析】(1)0t2时间内，带正电的粒子受到向下的电场力而向下做加速运动，在t2t时间内，粒子受到向上的电场力而向下做减速运动。(3分)(2)当粒子在0，t，2tnt(n=0，1，2)时刻进入电场中时，粒子将打在o点下方最远点，在前t2时间内，粒子竖直向下的位移：y1=12a1(t2)2=qu0t28md(2分)在后t2时间内，粒子竖直向下的位移：y2=vt2-12a2(t2)2(2分)其中：v=a1t2=qu0t2md(1分)a2=qu02md(1分)解得：y2=3qu0t216md(1分)故粒子打在距o点正下方的最大位移：y=y1+y2=5qu0t216md(1分)当粒子在t2，3t2(2n+1)t2(n=0，1，2)时刻进入电场时，将打在o点上方最远点，在前t2时间内，粒子竖直向上的位移：y1=12a1(t2)2=qu0t216md(2分)在后t2时间内，粒子竖直向上的位移：y2=vt2-12a2(t2)2(1分)其中：v=a1t2=qu0t4md(1分)a2=qu0md(1分)解得：y2=0(1分)故粒子打在距o点正上方的最大位移：y=y1+y2=qu0t216md(1分)击中的范围在o以下5qu0t216md到o以上qu0t216md(1分)(3)要使粒子能全部打在靶上，需有：5qu0t216mdd2(2分)解得：u08md25qt2(1分)答案：(1)见解析(2)o以下5qu0t216md到o以上qu0t216md(3)u08md25qt2【讲评建议】在讲解本题时，建议老师注重以下几个方面的讲解：第(1)问：引导学生分析t=0时刻带正电的粒子受到的电场力方向，从而确定粒子的运动情况，进一步引导学生分析粒子在0t2时间内和t2t时间内的受力情况和运动情况，帮助学生建立规范的解题思路。避免有些学生不知如何下手。第(2)问：(1)在第(1)问分析的基础上，引导学生进一步分析粒子在0，t，2tnt(n=0，1，2)时刻进入电场中时的运动情况相同；粒子在t2，3t2(2n+1)t2(n=0，1，2)时刻进入电场时的运动情况与在0，t，2tnt(n=0，