高考物理二轮复习 专题能力训练 专题七 电场性质及带电粒子在电场中的运动.doc

专题能力训练7电场性质及带电粒子在电场中的运动(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题7分,共56分。在每小题给出的四个选项中,16题只有一个选项符合题目要求,78题有多个选项符合题目要求,全部选对的得7分,选对但不全的得4分,有选错的得0分)1.(2015湖北八校联考)英国科学家法拉第最先尝试用“线”描述磁场和电场,有利于形象理解不可直接观察的电场和磁场的强弱分布。如图所示,一对等量异种点电荷,电荷量分别为+q、-q。实线为电场线,虚线圆的圆心o在两电荷连线的中点,a、b、c、d为圆上的点,下列说法正确的是()a.a、b两点的电场强度相同b.b、c两点的电场强度相同c.c点的电势高于d点的电势d.d点的电势等于a点的电势2.如图所示,匀强电场中的a、b、c三点构成一边长为a的等边三角形。电场强度的方向与纸面平行。电子以某一初速度仅在静电力作用下从b移动到a动能减少e0。质子仅在静电力作用下从c移动到a动能增加e0,已知电子和质子电荷量绝对值均为e,则匀强电场的电场强度为()a.b.c.d.3.(2015江苏盐城统考)如图所示,匀强电场中有一圆,其平面与电场线平行,o为圆心,a、b、c、d为圆周上的四个等分点。现将某带电粒子从a点以相同的初动能向各个不同方向发射,到达圆周上各点时,其中过d点动能最大,不计重力和空气阻力。则()a.该电场的电场线一定是与od平行b.该电场的电场线一定是与ob垂直c.带电粒子若经过c点,则其动能不可能与初动能相同d.带电粒子不可能经过b点4.真空中有一带电金属球,通过其球心的一直线上各点的电势分布如图,r表示该直线上某点到球心的距离,r1、r2分别是该直线上a、b两点离球心的距离。根据电势图象(-r图象),下列说法中正确的是()a.该金属球可能带负电b.a点的电场强度方向由a指向bc.a点和b点之间的电场,从a到b,其电场强度可能逐渐增大d.电荷量为q的正电荷沿直线从a移到b的过程中,电场力做功w=q(2-1)5.电源和一个水平放置的平行板电容器、两个变阻器r1、r2和定值电阻r3组成如图所示的电路。当把变阻器r1、r2调到某个值时,闭合开关s,电容器中的一个带电液滴正好处于静止状态。当再进行其他相关操作时(只改变其中的一个),以下判断正确的是()a.将r1的阻值增大时,液滴仍保持静止状态b.将r2的阻值增大时,液滴将向下运动c.断开开关s,电容器上的电荷量将减为零d.把电容器的上极板向上平移少许,电容器的电荷量将增加6.如图所示,在xoy坐标系中以o为中心的椭圆上,有a、b、c、d、e五点,其中a、b、c、d为椭圆与坐标轴的交点。现在椭圆的一个焦点o1固定一正点电荷,另一正试探电荷仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示。下列说法正确的是()a.a、c两点的电场强度相同b.d点的电势低于b点的电势c.正试探电荷沿虚线运动过程中在b点的动能大于在e点的动能d.若将正试探电荷由a沿椭圆经be移动到c,电场力先做负功后做正功,但总功为零7.(2015湖南长沙长郡中学月考)如图所示,mpqo为有界的竖直向下的匀强电场,电场强度为e,acb为光滑固定的半圆形轨道,圆轨道半径为r,ab为圆水平直径的两个端点,ac为圆弧。一个质量为m、电荷量为-q的带电小球,从a点正上方高为h处由静止释放,并从a点沿切线进入半圆轨道。不计空气阻力及一切能量损失,关于带电粒子的运动情况,下列说法正确的是()a.小球一定能从b点离开轨道b.小球在ac部分不可能做匀速圆周运动c.若小球能从b点离开,上升的高度一定小于hd.小球到达c点的速度不可能为零8.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.滑片向右移动时,电子打在荧光屏上的位置上升b.滑片向左移动时,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二、非选择题(本题共3小题,共44分)9.(14分)(2014贵州铜仁一模)如图甲所示为一组间距d足够大的平行金属板,板间加有随时间变化的电压(如图乙所示),设u0和t已知。a板上o处有一静止的带电粒子,其电荷量为q,质量为m(不计重力),在t=0时刻起该带电粒子受板间电场加速向b板运动,途中由于电场反向,粒子又向a板返回(粒子未曾与b板相碰)。(1)当ux=2u0时,求带电粒子在t=t时刻的动能。(2)为使带电粒子在t=t时刻恰能回到o点,ux等于多少?10.(15分)如图所示,在平面直角坐标系中,有方向平行于坐标平面的匀强电场,坐标系内有a、b两点,其中a点坐标为(6,0),b点坐标为(0,),坐标原点o处的电势为0,点a处的电势为8 v,点b处的电势为4 v。现有一带电粒子从坐标原点o处沿电势为0的等势线方向以速度v=4105 m/s射入电场,粒子运动时恰好通过b点,不计粒子所受重力,求:(1)图中c处(3,0)的电势;(2)匀强电场的电场强度大小;(3)带电粒子的比荷。11.(15分)(2015江苏宿迁统考)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。参考答案1.d解析:a、b、c、d在同一个圆上,电场线的疏密表示电场的强弱,故四点电场强度大小相等,但是方向不同,故a、b错误;沿电场线方向电势降低,故c点电势低于d点电势,故c错误;a、d两点对称,故电势相等,故d正确。2.c解析:对电子从b到a的过程,由动能定理有-euba=-e0;同理,对质子从c到a的过程,euca=e0,可见uba=uca,故b、c两点电势相等,在同一等势面上,ab沿电场线方向上的距离d=asin 60=a,由电场强度与电势差的关系e=,解得e=,c项正确。3.a解析:将某带电粒子从a点以相同的初动能向各个不同方向发射,到达圆周上各点时,其中过d点动能最大,说明d点电势能最小,若带电粒子带正电,d点为电势最低点;若带电粒子带负电,d点为电势最高点;该电场的电场线一定是与cd平行,选项a正确,b错误。由于c点与a点为电势相等的点,所以带电粒子若经过c点,则其动能一定与初动能相同,选项c错误。由于题述带电粒子向各个不同方向发射,带电粒子可能经过b点,选项d错误。4.b解析:根据电势图象可知,r趋近于无限远处电势为零,金属球带正电,选项a错误;带正电的金属球电场类似于正点电荷的电场,根据正点电荷的电场特征,a点的电场强度方向由a指向b,选项b正确;根据电势图象的斜率表示电场强度,从a到b,其电场强度逐渐减小,选项c错误;a、b两点之间的电势差为u=1-2,电荷量为q的正电荷沿直线从a移到b的过程中,电场力做功w=qu=q(1-2),选项d错误。5.a解析:当r1的阻值增大时,电容器两端的电势差不变,带电液滴受到的电场力不变,液滴保持不动,故a正确;将r2的阻值增大时,则r2两端的电压增大,所以电容器两端的电压增大,电场力变大,液滴向上运动,故b错误;断开开关,电容器两端的电势差等于电源的电动势,根据q=cu,可知电容器的电荷量将增加,故c错误;因为电容器的电容c=,把电容器的上极板向上平移少许,d增大,会使电容减小,电容器两端的电势差不变,根据q=cu,可知电容器的电荷量将减少,故d错误。6.c解析:根据对称性可知:a、c两点的电场强度大小相等、方向不同,选项a错误;离正场源电荷越近,电势越高,可知d点电势高于b点电势,选项b错误;正试探电荷沿虚线运动过程中从b到e,电场力做负功,由动能定理知,在b点的动能大于在e点的动能,选项c正确;由a沿椭圆经be移动到c,电势先降低后升高,正试探电荷的电势能先减后增,电场力先做正功后做负功,但总功为零,选项d错误。7.cd解析:由于题中没有给出h与r、e的关系,小球可能从b点离开轨道,若小球所受的电场力大于重力,小球就不一定从b点离开轨道,故a错误;若重力大小等于电场力,小球在ac部分做匀速圆周运动,故b错误;由于小球在ac部分运动时电场力做负功,所以若小球能从b点离开,上升的高度一定小于h,故c正确;若小球到达c点的速度为零,则电场力大于重力,则小球不可能沿半圆轨道运动,所以小球到达c点的速度不可能为零,故d正确。8.bd解析:由题意知,电子在加速电场中加速运动,根据动能定理得eu1=mv2,电子获得的速率为v=;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=;电子在电场方向偏转的位移为y=at2,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=。滑片向右移动时,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;滑片向左移动时,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;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;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。9.答案:(1)(2)3u0解析:(1)粒子在两种不同电压的电场中运动的加速度分别为a1=a2=经过时粒子的速度v1=a1t=t时刻粒子的速度v2=v1-a2=a1-a2=-t=t时刻粒子的动能ek=。(2)0粒子的位移x1=a1t粒子的位移xx=v1ax又v1=a1,x1=-xx解得ax=3a1因为a1=,ax=解得ux=3u0。10.答案:(1)4 v(2)2.67102 v/m(3)2.41011 c/kg解析:(1)设c处的电势为c因为oc=ca所以o-c=c-ac= v=4 v。(2)bc连线为等势线,电场强度方向与等势线bc垂直设obc=,ob=l= cm由tan =,得=60由u=ed,得e= v/m2.67102 v/m。(3)因为带电粒子做类平抛运动,所以联立解得= c/kg=2.41011 c/kg所以带电粒子的比荷为2.41011 c/kg。11.答案:(1)(2)u2(3)见解析解析:(1)对粒子在加速电场中加速的过程,应用动能定理得eu1=-0粒子在水平方向上做匀速直线运动,则l=v0t解得电压u1=。(2)t=0时刻进入偏转电场的电子,先做类平抛运动,后做匀速直线运动,射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y最大。u2作用的时间为,偏转位移为y1=剩下的时间内,粒子做匀速直线运动,此时垂直于极板方向的平均速度为匀加