2011年高考物理 电容器电场中带电粒子的运动练习

用心 爱心 专心1 20112011 年高考物理年高考物理 电容器电容器 电场中带电粒子的运动练习电场中带电粒子的运动练习 一 选择题 共 10 小题 每小题 6 分 共 60 分 在每小题给出的四个选项中至少有一 项符合题意 全部选对的得 6 分 漏选的得 3 分 错选的得 0 分 1 2009 石家庄模拟 对于给定的电容器 在描述电容 C 所带电荷量 Q 极板间电压 U 之间的关系的四种图象中 如图所示 正确的是 答案 ABC 2 如图所示 平行板电容器的两极板 A B 通过开关 S 与直流电源相连接 当 S 接通 时 放入板间的带电液滴 P 刚好处于静止状态 现将 S 断开 保持 A 板不动 而将另一个 与大地相接的 B 板下移一小段距离 则 A 带电液滴会向下运动 B 带电液滴会向上运动 C A B 两板间的电压增大 带电液滴的电势能增大 D A B 两板间的场强不变 带电液滴的电势能减小 答案 D 3 如图所示 一绝缘光滑半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中 场强为 E 在与环心等高处放有一质量为 m 带电 q 的小球 由静止开 始沿轨道运动 下列说法正确的是 A 小球在运动过程中机械能守恒 B 小球经过环的最低点时速度最大 C 小球经过环的最低点时对轨道压力为 3 mg qE D 小球经过环的最低点时对轨道压力为 mg qE 答案 BC 4 如图所示 处于真空中的匀强电场与水平方向成 15 角 在 竖直平面内的直线 AB 与场强 E 互相垂直 在 A 点 以大小为 v0的初速度水平向右抛出一 质量为 m 带电荷量为 q 的小球 经时间 t 小球下落一段距离过 C 点 图中未画出 时其 速度大小仍为 v0 已知 A B C 三点在同一平面内 则在小球 A 点运动到 C 点的过程中 A 电场力对小球做功为零 B 小球的电势能增加 C 小球机械能减少 mg2t2 2 D C 点可能位于直线 AB 的左侧 解析 由动能定理 动能不变 合外力的功为零 重力做正功 电场力必然做负功 电势能增加 B 对 A 错 A B 两点等势 故 C 点必定在 AB 直线的右侧 D 错 小球的机械能 的减少量即为竖直方向的重力势能减少量 mgh 在竖直方向的加速度 a 大于 g 竖直方向 h at2 gt2 即 mgh mg2t2 故 C 错 1 2 1 2 1 2 答案 B 5 2010 重庆联合诊断 如下图所示 水平放置的两平行金属板间有一竖直方向的匀强 电场 板长为 L 板间距离为 d 在距极板右端 L 处有一竖直放置的屏 M 一带电荷量为 q 质量为 m 的质点从两板中央平行于极板射入电场 最后垂直打在 M 屏上 以下说法中 用心 爱心 专心2 正确的是 A 质点打在屏的 P 点上方 板间场强大小为 2mg q B 质点打在屏的 P 点上方 板间场强大小为 mg q C 质点打在屏的 P 点下方 板间场强大小为 2mg q D 质点打在屏的 P 点下方 板间场强大小为 mg q 解析 质点要垂直打在 M 屏上 则打在 M 屏上时竖直方向上速度为零 对竖直方 向上的运动进行分析 质点的前一段运动必定是在电场力和重力作用下做加速运动 后一段 运动必定是在重力作用下做减速运动 最后速度减小为零 则只可能先向上做加速运动 然 后向上做减速运动 位移应向上 故质点打在 P 点上方 又因两段运动的过程中质点在水平 方向上的位移相等 质点在水平方向上做匀速直线运动 故质点做两段运动所经历的时间相 等 设为 t 对竖直方向上的运动有 a1 g a2 根据两段运动的对称性知 a1t a2t qE mg m 则 E A 正确 2mg q 答案 A 6 2009 高考天津理综 如图所示 带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置 M N 为板间同一电场线上的两点 一带电粒子 不计重力 以速度 vM经过 M 点在电场线上 向下运动 且未与下板接触 一段时间后 粒子以速度 vN折 回 N 点 则 A 粒子受电场力的方向一定由 M 指向 N B 粒子在 M 点的速度一定比在 N 点的大 C 粒子在 M 点的电势能一定比在 N 点的大 D 电场中 M 点的电势一定高于 N 点的电势 解析 本题考查了电场的基本概念 带电粒子在电 场中的受力及运动相关知识 意在考查考生的分析与综合能 力 由题意可知 M N 在同一电场线上 带电粒子从 M 点运动到 N 点的过程中 电场力做负 功 动能减小 电势能增加 故 A C 错误 B 正确 由于题中未说明带电粒子及两极板的电 性 故无法判断 M N 两点的电势高低 D 错误 答案 B 7 2009 高考浙江理综 空间存在匀强电场 有一电荷量 q q 0 质量 m 的粒子从 O 点以速度 v0射入电场 运动到 A 点时速率为 2v0 现有另一电荷量 q 质量 m 的粒子以速 率 2v0仍从 O 点射入该电场 运动到 B 点时速率为 3v0 若忽略重力的影响 则 A 在 O A B 三点中 B 点电势最高 B 在 O A B 三点中 A 点电势最高 C OA 间的电势差比 BO 间的电势差大 D OA 间的电势差比 BA 间的电势差小 解析 本题考查电场力做功和动能定理 意在考查考生掌握电场力做功与电势能 用心 爱心 专心3 的变化关系 由动能定理有 qUOA m 2v0 2 mv mv qUOB m 3v0 2 m 2v0 1 2 1 22 0 3 22 0 1 2 1 2 2 mv 故在三点中 B 点的电势最高 A 点的电势最低 OA 间的电势差比 BO 间的电势差 5 22 0 小 所以 AD 正确 答案 AD 8 2009 高考海南物理单科卷 一平行板电容器中存在匀强电场 电场沿竖直方向 两 个比荷 即粒子的电荷量与质量之比 不同的带正电荷的粒子 a 和 b 从电容器边缘的 P 点 如图所示 以相同的水平速度射入两平行板之间 测得 a 和 b 与电容器极板的撞击点到入 射点之间的水平距离之比为 1 2 若不计重力 则 a 和 b 的比荷之比是 A 1 2 B 1 8 C 2 1 D 4 1 答案 D 9 如图所示 a b c d 为匀强电场中的四个等势面 一个电子由 M 点射入电场后 的运动轨迹如实线 MN 所示 由此可知 A 电子在 N 点的动能大于在 M 点的动能 B 电子在 N 点的电势能小于在 M 点的电势能 C 电场强度方向向左 D 电场中 a 面的电势低于 d 面的电势 解析 由题图可知 电子在电场力的作用下发生了偏转 因为电场力的方向一定与等势面垂直 所以偏转方向向下 电场 力的方向也向下 可见电场力对电子做了负功 且电场线方向向上 由电场力做负功 电势 能增大 电子在 N 点的电势能大于电子在 M 点的电势能 B 错误 由能量守恒 电子的动能 减小 电子在 N 点的动能小于在 M 点的动能 A 错误 由电场线的方向向上可得 C 错误 同 时可得 a 等势面的电势低于 d 等势面的电势 D 正确 答案 D 10 2008 高考全国卷 一平行板电容器的两个极板水平放置 两极板间有一带电荷 量不变的小油滴 油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比 若两极板间 电压为零 经一段时间后 油滴以速率 v 匀速下降 若两极板间电压为 U 经一段时间后 油滴以速率 v 匀速上升 若两极板间电压为 U 油滴做匀速运动时速度的大小 方向将 是 A 2v 向下 B 2v 向上 C 3v 向下 D 3v 向上 解析 当不加电场时 油滴匀速下降 即 Ff kv mg 当两极板间电压为 U 时 油 滴向上匀速运动 即 F电 kv mg 解之得 F电 2mg 当两极间电压为 U 时 电场力方向 反向 大小不变 油滴向下运动 当匀速运动时 F电 mg kv 解之得 v 3v C 项正 确 答案 C 二 论述 计算题 本题共 3 小题 共 40 分 解答时应写出必要的文字说明 计算公 式和重要的演算步骤 只写出最后答案不得分 有数值计算的题 答案中必须明确数值和 单位 11 2009 莱芜模拟 一质量为 m 带电荷量为 q 的小球以水平初速度 v0进入竖直向 上的匀强电场中 如图甲所示 今测得小球进入电场后在竖直方向下降的高度 y 与水平方 向的位移 x 之间的关系如图乙所示 根据图乙给出的信息 重力加速度为 g 求 用心 爱心 专心4 1 匀强电场场强的大小 2 小球从进入匀强电场到下降 h 高度的过程中 电场力做的功 3 小球在 h 高度处的动能 解析 1 小球进入电场后 水平方向做匀速直线运动 设经过时间 t 水平方向 v0t L 竖直方向 h mg qE t2 2m 所以 E mg q 2hmv2 0 qL2 2 电场力做功为 W qEh 2h2mv2 0 mghL2 L2 3 根据动能定理 Ek mgh qEh mv2 0 2 Ek 2h2mv2 0 L2 mv2 0 2 答案 1 2 3 mg q 2hmv2 0 qL2 2h2mv2 0 mghL2 L2 2h2mv2 0 L2 mv2 0 2 12 2010 武汉调研 如图所示 在正交坐标系 xOy 的第一 四象限内分别存在两个大 小相等 方向不同的匀强电场 两组平行且等间距的实线分别表示两个电场的电场线 每 条电场线与 x 轴所夹的锐角均为 60 一质子从 y 轴上某点 A 沿着垂直于电场线的方向射入 第一象限 仅在电场力的作用下第一次到达 x 轴上的 B 点时速度方向正好垂直于第四象限 内的电场线 之后第二次到达 x 轴上的 C 点 求 OB 与 BC 的比值 解析 质子的运动轨迹如图所示 设质子在电场中运动的加速度为 a 在 A B 两点 的速度分别为 v0 v 经历时间为 t1 作 AM 垂直于 v0方向 BM 平行于 v0方向 过交点 M 作 x 轴的垂线 垂足为 N 则 OB ON NB 由几何关系 ON AMsin30 NB MBcos30 由题意知 v 与 v0的夹角为 60 根据平抛运动规律 用心 爱心 专心5 沿垂直于 v0方向的位移 AM at 1 2 2 1 沿平行于 v0方向的位移 MB v0t1 在 B 点 沿垂直于 v0方向的速度分量 vsin60 at1 沿平行于 v0方向的速度分量 v0 vcos60 联立 解得 AM MB 3v2 0 2a 3v2 0 a 联立 解得 OB 9v2 0 4a 设质子从 B 到 C 经历时间为 t2 作 BP 垂直于 v 方向 CP 平行于 v 方向 根据平抛运动 规律 沿 PC 方向 BC sin60 vt2 沿 BP 方向 BC cos60 at 1 2 2 2 联立 解得 BC 16v2 0 3a 联立 解得 OB BC 27 64 13 2009 高考广东卷 如图所示 绝缘长方体 B 置于水平面上 两端固定一对平行带 电极板 极板间形成匀强电场 E 长方体 B 的上表面光滑 下表面与水平面的动摩擦因数 0 05 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同 B 与极板的总质量 mB 1 0kg 带正电的小滑 块 A 质量 mA 0 60kg 其受到的电场力大小 F 1 2N 假设 A 所带的电荷量不影响极板间的 电场分布 t 0 时刻 小滑块 A 从 B 表面 上的 a 点以相对地面的速度 vA 1 6m s 向 左运动 同时 B 连同极板 以相对地面的 速度 vB 0 40m s 向右运动 问 g 取 10m s2 1 A 和 B 刚开始运动时的加速度大小 分别为多少 2 若 A 最远能到达 b 点 a b 的距离 L 应为多少 从 t 0 时刻至 A 运动到 b 点 时 摩擦力对 B 做的功为多少 解析 1 以向右运动为正方向 初始时刻 A B 受 力情况如图甲所示 其中 F 与 F 互为作用力与反作用力 大小相等 F F B 受到的摩擦力大小为 f f mA mB g 0 8N 设 A B 的加速度分别为 aA和 aB aA 2 0m s2 F mA aB 2 0m s2 F f mB 2 由加速度和初速度的值 可以判定 B 的速度首先达 到零 B 速度为零时所用的时间 t1 vB aB 此时 B 的位移 用心 爱心 专心6 sB 0 v2 B 2aB t1