【立体设计】2012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

用心 爱心 专心 立体设计立体设计 2012 2012 高考生物理高考生物理 第第 6 6 章章 第第 3 3 讲讲 电容器电容器 带电粒带电粒 子在电场中的运动课后限时作业子在电场中的运动课后限时作业 新人教版新人教版 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 D 2 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 d U E E 变大 此时 Eq mg 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 用心 爱心 专心 时 Eq mg 所以液滴竖直向上运动 B 正确 答案 B C 3 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 J C 粒子在 A 点的动能比在 B 点少 0 5 J D 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 D 4 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 mgd C 两极板的电势差为 mgd q D 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 C 5 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A P 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 5Ek 用心 爱心 专心 B 该粒子通过等势面 BB 时的动能是 1 25Ek C 该粒子到达 C 点时的动能是 2Ek D 该粒子到达 C 点时的电势能是 0 5Ek 解析 已知 2 cm 2 0 5 cm 1 cm A P CA 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 2 1 x y 2 1 2 0 tv t vy 则 vC 2v0 在 C 时的动能 Ek 2Ek C 正确 2 2 1 C mv 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 2 1 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 C 6 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 tQ tP B 它们运动的加速度 tQ tP C 它们所带的电荷量之比 qP qQ 1 2 D 它们的动能增加量之比 EkP EkQ 1 2 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 2 2 1 PPt a 2 2 0 l hv Q l v0tQ h 得到 aQ 同时可见 tP tQ aQ 2aP 而 aP aQ 可见 2 2 1 QQt a 2 2 0 2 l hv m EqP m EqQ qP qQ 1 2 由动能定理 它们的动能增加量之比 EkP EkQ maP maQh 1 4 综上 2 h 选 C 答案 C 7 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 用心 爱心 专心 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 mg 2d 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 2 2 1 mv 移后 h 2d 所以 mgh0 即质点到达 N 孔时仍有向下的速度 将穿过 2 2 1 mv 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 5 10 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 mg d U q U d mgq 2 当电压 UAB比较大时 qE mg 粒子向上偏 1 1 mamg d U q 用心 爱心 专心 当刚好能出去时 y 2 1 2 1 ta 2 2 1 2 0 1 d v L a 解之得 U1 1 800 V 电压 UAB比较小时 qE mg 粒子向下偏 设刚好能从下板边缘飞出 有 mg y 2 2 ma d U q 2 2 2 1 ta 2 d 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 V UAB 1 800 V 答案 1 负电 10 11 C 2 200 V UAB 1 800 V 9 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 2 0 2 1 v L m qE 设偏转角度为 有 tan 0 0 v v L m qE v v x y 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 0 0 v v L m qE 则 h1 h2 L 即 x L 2 0 2 1 v L m qE 0 0 v v L m qE 用心 爱心 专心 得 x qE qELmv v L m qE v L m qE L 2 2 2 1 2 0 2 0 2 0 答案 qE qELmv 2 2 2 0 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 0 10 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 0 10 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 2 1 2 1 mv 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 2 2 2 1 mv 由以上各式得 E 2 12 qh hhmg 代入数据得 E V m 28 2 3 1081 0 104 810100 01 5 0 103 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 U Q 容 C F 2 0 10 9 F U Q Ed Q 1 0105 101 0 3 6 答案 1 5 0 103 V m 2 2 0 10 9 F 11 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 用心 爱心 专心 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 4 T 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 2 T 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 mg d U q 0 当 A B 间电压为 2U0 时 根据牛顿第二定律 有 ma mg d U q 0 2 由 得 a g 加速度的方向竖直向上 2 依题意 为使微粒 P 以最大的动能从小孔 O1射出 应让微粒 P 能从 O2