2011高考物理备考 第6章第3单元 电容器与带电粒子在电场中的运动

第三模块第三模块 第第 6 6 章章 第第 3 3 单元单元 一 选择题 1 一带电粒子在电场中只受电场力作用时 它不可能出现的运动状态是 A 匀速直线运动 B 匀加速直线运动 C 匀变速曲线运动 D 匀速圆周运动 解析 带电粒子只在电场力作用下可以被加速 可以偏转 例如沿电场方向进入匀强 电场和垂直电场进入匀强电场中 B C 可能 也可以做匀速圆周运动 例如电子绕原子核 的高速旋转 D 可能出现 不能做匀速直线运动 A 不可能出现 答案 A 图 13 2 如图 13 所示 从 F 处释放一个无初速度的电子向 B 板方向运动 指出下列对电子 运动的描述中哪句是错误的 设电源电动势为 U A 电子到达 B 板时的动能是 Ue B 电子从 B 板到达 C 板动能变化量为零 C 电子到达 D 板时动能是 3Ue D 电子在 A 板和 D 板之间做往复运动 解析 电子在 AB 之间做匀加速运动 且 eU Ek A 正确 在 BC 之间做匀速运动 B 正确 在 CD 之间做匀减速运动 到达 D 板时 速度减为零 C 错误 D 正确 答案 C 图 14 3 2009 年天津卷 如图 14 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 两平行金属板间的电场为匀强电场 带电粒子先向下运动又折回说明粒子先向 下做匀减速运动 折回后向上做匀加速运动 整个过程具有对称性 由此可知 B 项正确 答案 B 4 如图 15 所示的示波管 当两偏转电极 XX YY 电压为零时 电子枪发射的电 子经加速电压加速后会打在荧光屏上的正中间 图示坐标的 O 点 其中 x 轴与 XX 电场的 场强方向重合 x 轴正方向垂直于纸面指向纸内 y 轴与 YY 电场的场强方向重合 若要 电子打在图示坐标的第 象限 则 图 15 A X Y 极接电源的正极 X Y 接电源的负极 B X Y 极接电源的正极 X Y 接电源的负极 C X Y 极接电源的正极 X Y 接电源的负极 D X Y 极接电源的正极 X Y 接电源的负极 解析 若要电子打在图示坐标的第 象限 电子在 x 轴上向负方向偏转 则应使 X 接正极 X 接负极 电子在 y 轴上也向负方向偏转 则应使 Y 接正极 Y 接负极 所以选 项 D 正确 答案 D 5 如图 16 所示 两平行金属板水平放置并接到电源上 一个带电微粒 P 位于两板间 恰好平衡 现用外力将 P 固定 然后使两板各绕其中点在竖直平面内逆时针转过 角 如 图中虚线所示 撤去外力 则 P 在两板间 图 16 A 保持静止 B 水平向左做直线运动 C 向左下方运动 D 不知 角的值无法确定 P 的运动状态 解析 设初状态极板间距是 d 旋转 角度后 极板间距变为 dcos 所以电场强度 E 而且电场强度的方向也旋转了 由受力分析可知 竖直方向仍然平衡 水平 E cos 方向有电场力的分力 所以微粒水平向左做匀加速直线运动 故 B 选项正确 解决本题的 关键是确定新场强与原来场强在大小 方向上的关系 答案 B 图 17 6 平行板间有如图 17 所示的周期性变化的电压 重力不计的带电粒子静止在平行板 中央 从 t 0 时刻开始将其释放 运动过程无碰板情况 在图 17 所示的图象中 能正确 定性描述粒子运动的速度图象的是 解析 0 时间内粒子做初速度为零的匀加速直线运动 T 时间内做加速度恒定的 T 2 T 2 匀减速直线运动 由对称性可知 在 T 时速度减为零 此后周期性重复 故 A 对 答案 A 7 传感器是一种采集信息的重要器件 如图 18 所示为测定压力的电容式传感器 将 电容器 零刻度在中间的灵敏电流计和电源串联成闭合回路 当压力 F 作用于可动膜片电 极上时膜片产生形变 引起电容的变化 导致灵敏电流计指针偏转 从对膜片施加恒定的 压力开始到膜片稳定之后 灵敏电流计指针的偏转情况为 已知电流从电流表正接线柱流入 时指针向右偏 图 18 A 向左偏到某一刻度后回到零刻度 B 向右偏到某一刻度后回到零刻度 C 向右偏到某一刻度后不动 D 向左偏到某一刻度后不动 解析 由题意可知 电容器始终与电源相连 所以两极板间的电压 U 不变 压力 F 作 用于可动膜片电极上时 两极板间距离 d 减小 电容 C 增大 由 C 可知 两极板 rS 4 kd Q U 带电荷量增加 即对电容器有一短暂的充电过程 又因为上极板带正电 所以灵敏电流计 指针向右偏 当压力使膜片稳定后 电容不变 两极板带电荷量不变 电流计指针重新回 到零刻度处 综上所述 B 选项正确 答案 B 图 19 8 竖直放置的平行金属板 A B 连接一恒定电压 两个电荷 M 和 N 以相同的速率分 别从极板 A 边缘和两板中间沿竖直方向进入板间电场 恰好从极板 B 边缘射出电场 如图 19 所示 不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用 下列说法正确的是 A 两电荷的电荷量可能相等 B 两电荷在电场中运动的时间相等 C 两电荷在电场中运动的加速度相等 D 两电荷离开电场时的动能相等 解析 带电粒子在电场中的类平抛运动可分解为沿电场方向的匀加速运动与垂直电场 方向的匀速运动两个分运动 所以两电荷在电场中的运动时间相等 B 对 又因为 d at2 a 因为偏转量 d 不同 故 a 一定不同 C 错 由 a 因不知 m 的关系 1 2 qE m qE m q 可能相等 也可能不相等 故 A 正确 当 q 相等时 电荷从进入到离开 电场力做的功 不同 由动能定理可知 两电荷离开电场时的动能不同 D 错 答案 AB 9 2009 年全国卷 图 20 中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线 两粒子 M N 质量相等 所带电荷的绝对值也相等 现将 M N 从虚线上的 O 点以相同速 率射出 两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示 点 a b c 为实线与虚线 的交点 已知 O 点电势高于 c 点 若不计重力 则 图 20 A M 带负电荷 N 带正电荷 B N 在 a 点的速度与 M 在 c 点的速度大小相同 C N 在从 O 点运动至 a 点的过程中克服电场力做功 D M 在从 O 点运动至 b 点的过程中 电场力对它做的功等于零 解析 由 O 点电势高于 C 点电势知 场强方向垂直虚线向下 由两粒子运动轨迹的弯 曲方向知 N 粒子所受电场力方向向上 M 粒子所受电场力方向向下 故 M 粒子带正电 N 粒子带负电 A 错误 N 粒子从 O 点运动到 a 点 电场力做正功 M 粒子从 O 点运动到 c 点电场力也做正功 因为 UaO UOc 且 M N 粒子质量相等 电荷的绝对值相等 由动能 定理易知 B 正确 因 O 点电势低于 a 点电势 且 N 粒子带负电 故 N 粒子运动中电势能 减少 电场力做正功 C 错误 O b 两点位于同一等势线上 D 正确 答案 BD 10 2008 年全国卷 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 若两极板间的电压为 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 计算题 图 21 11 如图 21 所示 一光滑斜面的直角点 A 处固定一带电荷量为 q 质量为 m 的绝缘 小球 另一同样小球置于斜面顶点 B 处 已知斜面长为 L 现把上部小球从 B 点由静止自 由释放 球能沿斜面从 B 点运动到斜面底端 C 处 求 1 小球从 B 处开始运动到斜面中点 D 处时的速度 2 小球运动到斜面底端 C 处时 球对斜面的压力是多大 解析 由于小球沿斜面下滑过程中所受电场力为变力 因此不能用功的定义来求解 只能用动能定理求解 1 由题意知 小球运动到 D 点时 由于 AD AB 所以有电势 D B 即 UDB D B 0 则由动能定理得 mg sin30 mv 0 L 2 1 22 D 联立 解得 vD gL 2 2 当小球运动至 C 点时 对球受力分析如图 22 所示 则由平衡条件得 图 22 FN F库sin30 mgcos30 由库仑定律得 F库 kq2 Lcos30 2 联立 得 FN mg 3 2 2 3 kq2 L2 由牛顿第三定律得 FN FN mg 3 2 2kq2 3L2 答案 1 2 mg gL 2 3 2 2kq2 3L2 图 23 12 如图