【立体设计】高考物理 第6章 第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动课后限时作业 新人教版.doc

【立体设计】2012高考生物理 第6章 第3讲 电容器 带电粒子在电场中的运动课后限时作业 新人教版一、选择题(每小题5分，共35分)1传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件.如图所示，乙、丙是两种常见的电容式传感器，现将乙、丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏），下列实验现象中正确的是 （ ）a.当乙传感器接入电路实验时，若f变小，则电流表指针向右偏转b.当乙传感器接入电路实验时，若f变大，则电流表指针向右偏转c.当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变大，则电流表指针向左偏转d.当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变小，则电流表指针向左偏转【解析】本题考查电容（传感器）的知识及电路的基本规律.分析的思路是先判断电容器电容的变化情况,再判断电容器在电路中的充放电情况，再判断电流表指针的偏转情况.当乙传感器接入电路实验时，若f变大，电容器两板间距离变小，电容器电容增大，由q=cu知电容器充电，通过电流表的电流从正接线柱流入，电流表指针向右偏转，a错误,b正确；当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变小，电容器两板间正对面积变小，电容器电容减小，由q=cu知电容器放电，通过电流表的电流从负接线柱流入，电流表指针向左偏转，c错误,d正确.【答案】b、d2如图所示的电路，水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态.为了使液滴竖直向上运动，下列操作可行的是 （ ）a.断开开关，将两板间的距离拉大一些b.断开开关，将两板水平地向相反方向移开一些c.保持开关闭合，将两板间的距离减小一些d.保持开关闭合，以两板各自的左侧板沿为轴，同时向上（即逆时针方向）转过一个小角度【解析】带电液滴受到竖直向下的重力和竖直向上的电场力正好处于静止状态，有eq=mg.两板间的电场强度，保持开关闭合时，u不变，当两板间的距离d减小时，e变大，此时eqmg,液滴竖直向上运动，c正确；保持开关闭合，以两板各自的左侧板沿为轴，同时向上（即逆时针方向）转过一个小角度，e的大小不变，但方向变了，此时液滴不会沿竖直方向运动，所以d不正确；断开开关，电容器的电荷量q不变，e与d无关，所以断开开关，将两板间的距离拉大一些，仍有eq=mg,液滴仍保持静止状态，a不正确；断开开关，将两板水平地向相反方向移开一些，此时两板的正对面积s变小，e变大，此时eqmg,所以液滴竖直向上运动，b正确.【答案】b、c3.如图为一匀强电场，某带电粒子从a点运动到b点.在这一运动过程中克服重力做的功为2.0 j,电场力做的功为1.5 j.则下列说法正确的是（ ）a.粒子带负电b.粒子在a点的电势能比在b点少1.5 jc.粒子在a点的动能比在b点少0.5 jd.粒子在a点的机械能比在b点少1.5 j.【解析】粒子从a点运动到b点，电场力做正功，且沿着电场线，故粒子带正电，所以a错误；粒子从a点运动到b点，电场力做正功，电势能减少，故粒子在a点的电势能比在b点多1.5 j,故b错误；由动能定理，wg+w电=ek,-2.0 j+1.5 j=ekb-eka,所以c错误；由其他力（在这里指电场力）做功等于机械能的增加，所以d正确.【答案】d4如图所示，水平放置的平行板电容器两极板间距为d，带负电的微粒质量为m、带电荷量为q，它从上极板的边缘以初速度v0射入，沿直线从下极板n的边缘射出，则 （ ）a.微粒的加速度不为零b.微粒的电势能增加了mgdc.两极板的电势差为mgd/qd.m板的电势低于n板的电势【解析】粒子在电场力与重力作用下所做运动为匀速直线运动，加速度为0，a错；电场力做负功，重力做正功，故电势能是增加为mgd，b正确；由qu=mgd可得c正确;又粒子为负电荷，且电场力方向向上，则电场方向是竖直向下，d错.【答案】b、c5如图所示，空间的虚线框内有匀强电场，aa、bb、cc是该电场的3个等势面，相邻等势面间的距离为0.5 cm，其中bb为零电势面.一个质量为m、带电荷量为q的粒子沿aa方向以初动能ek自图中的p点进入电场，刚好从c点离开电场.已知=2 cm，粒子的重力忽略不计.下列说法中正确的是 （ ）a.该粒子在p点时的电势能是-0.5ekb.该粒子通过等势面bb时的动能是1.25ekc.该粒子到达c点时的动能是2ekd.该粒子到达c点时的电势能是0.5ek【解析】已知=2 cm, =20.5 cm=1 cm,则粒子到c时竖直方向位移y与水平方向位移x之比,即,得vy=v0，则vc=2v0，在c时的动能ek=2ek，c正确.由p到c电场力做功为ek-ek=ek，即在bb处的动能为ek+ek=1.5ek,因bb为零电势面，故此时的动能即为粒子具有的机械能，在运动过程中机械能守恒可得粒子在p点时的电势能为0.5ek,在c点时的电势能是-0.5ek，a、b、d均错误.【答案】c6如图所示，质量相同的两个带电粒子p、q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，p从两极板正中央射入，q从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点（重力不计），则从开始射入到打到上板的过程中 （ ）a.它们运动的时间tqtpb.它们运动的加速度tqtpc.它们所带的电荷量之比qpqq=12d.它们的动能增加量之比ekpekq=12【解析】设p、q两粒子的初速度是v0，加速度分别是ap和aq,粒子p到上极板的距离是h/2，它们类平抛的水平距离l.则对p，由l=v0tp,h2=,得到ap=,同理对q，l=v0tq,h=,得到aq=.同时可见tp=tq,aq=2ap,而ap=,aq=,可见，qpqq=12.由动能定理，它们的动能增加量之比ekpekq=mapmaqh=14.综上，选c.【答案】c7.如图所示，a、b为平行金属板，两板相距为d,分别与电源两极相连，两板的中央各有一小孔m和n，今有一带电质点，自a板上方相距为d的p点由静止自由下落（p、m、n在同一竖直线上），空气阻力忽略不计，到达n孔时速度恰好为零，然后沿原路返回.若保持两极板间的电压不变，则 （ ）a.把a板向上平移一小段距离，质点自p点自由下落后仍能返回b.把a板向下平移一小段距离，质点自p点自由下落后将穿过n孔继续下落c.把b板向上平移一小段距离，质点自p点自由下落后仍能返回d.把b板向下平移一小段距离，质点自p点自由下落后将穿过n孔继续下落【解析】移动a板或b板后，质点能否返回p点的关键是质点在a、b间运动时到达b板之前速度能否减为零，如能减为零，则一定原路返回p点，如不能减为零，则穿过b板后只受重力，将继续下落.因质点到达n孔时速度恰为零，由动能定理得：mg2d-qu=0，因极板一直与电源两极连接，电压u一直不变，当a板上移、下移时，要满足qu-mgh=0的条件，应用h=2d,即仍然是到达n孔时速度恰好为零，然后按原路返回，a正确，b错误.当把b板上移后，设质点仍能到达b板，则由动能定理得：mgh-qu=.因b板上移后h2d,所以mgh0，即质点到达n孔时仍有向下的速度，将穿过b板继续下落，d正确.【答案】a、c、d二、非选择题(共65分)8(14分) 如图所示，质量为m=510-8 kg的带电粒子以v0=2 m/s 的速度从水平放置的平行金属板a、b中央飞入电场，已知板长l=10 cm,板间距离d=2 cm,当ab间加电压uab=103 v时，带电粒子恰好沿直线穿过电场（设此时a板电势高）.求：（1）带电粒子的电性，电荷量为多少？（2）a、b间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出？【解析】（1）uab=103 v时，粒子做直线运动，有,=10-11 c，带负电.（2）当电压uab比较大时，qemg,粒子向上偏，,当刚好能出去时，y=,解之得u1=1 800 v.电压uab比较小时，qemg,粒子向下偏，设刚好能从下板边缘飞出，有：mg-,y=，解之得u2=200 v.则要使粒子能从板间飞出，a、b间所加电压的范围为200 vuab1 800 v.【答案】（1）负电10-11 c（2）200 vuab1 800 v9(16分) 如图所示，一束带正电的粒子在平行于x轴方向上以速度v0从y轴上的a点射入第象限内.为了使这束粒子能经过x轴上的b点，可在第象限的某一区域加一个方向沿y轴负方向的匀强电场.已知所加电场的场强为e，沿x方向的宽度为l，oa=l,ob=2l,粒子质量为m、电荷量为q，重力不计.电场右边界在b点左侧，求电场的右边界与b点的距离.【解析】粒子在电场中做类平抛运动，设在宽度为l的匀强电场中的侧移量为h1,则h1=.设偏转角度为,有tan=.粒子离开电场后做匀速直线运动，设侧移量为h2,如图所示，电场右边界在b点左侧，设为x，有h2=x，则h1+h2=l,即+x =l，得x=.【答案】10. (17分) 如图所示，水平放置的平行板电容器与一恒定的直流电压相连，两极板间距离d=10 cm.距下板 4 cm处有一质量m=0.01 g的不带电小球由静止落下.小球和下极板碰撞间带上了电荷量大小为q=1.010-8 c的电荷，反跳的高度为8 cm，这时下板所带电荷量为q=1.010-6 c.如果小球和下板碰撞时没有机械能损失，取 g=10 m/s2，试求：（1）该电容器极板间的电场强度多大？（2）该电容器的电容多大？【解析】（1）设小球下落高度为h1，到下极板时的速度为v1，由机械能守恒定律：mgh1=.反弹后的速度为v2，由于没有机械能损失，所以v2=v1.设电场强度为e，小球带电后，向上运动的高度为h2，由动能定理：qeh2-mgh2=0-.由以上各式得：e=.代入数据得：e= v/m=5.0103 v/m.（2）设极板间的电压为u，电容器的电容为c，由公式c=和u=ed得该电容器的电容：c= f=2.010-9 f.【答案】（1）5.0103 v/m（2）2.010-9 f11（18分）如图甲所示，水平放置的平行金属板a、b，两板的中央各有一个孔o1、o2，板间距离为d，开关s接1.当t=0时，在a、b两端加上如图乙所示的电压，同时在c、d两端加上如图丙所示的电压.此时，一质量为m的带负电微粒p恰好静止于两孔连线的中点处（p、o1、o2在同一竖直线上）.重力加速度为g，不计空气阻力.（1）若在t=时刻将开关s从1扳到2，当ucd=2u0时，求微粒p的加速度大小和方向；（2）若要使微粒p以最大的动能从a板中的小孔o1射出，问在t=到t=t之间的哪个时刻，把开关s从1扳到2？ucd的周期t至少为多少？【解析】（1）当a、b间加电压u0时，微粒p处于平衡状态，根据平衡条件，有，当a、b间电压为2u0时，根据牛顿第二定律，有=ma，由得a=g,加速度的方向竖直向