（广西专用）2020高考物理二轮复习 专题能力训练8 电场性质及带电粒子在电场中的运动（含解析）

专题能力训练8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,15题只有一个选项符合题目要求,68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.(2019全国卷)如图所示,空间存在一方向水平向右的匀强电场,两个带电小球p和q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,则()a.p和q都带正电荷b.p和q都带负电荷c.p带正电荷,q带负电荷d.p带负电荷,q带正电荷答案:d解析:两个带电小球在匀强电场中均处于平衡状态,只有两小球带异种电荷、相互间为吸引力,才可能平衡。小球p带负电荷时,匀强电场提供的力与小球q对小球p的吸引力抵消,合力为零,此时小球q带正电荷,匀强电场提供的力与小球p对小球q的吸引力抵消,合力为零,故a、b、c错误,d正确。2.(2019天津卷)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m的带电小球,以初速度v从m点竖直向上运动,通过n点时,速度大小为2v,方向与电场方向相反,则小球从m运动到n的过程()a.动能增加12mv2b.机械能增加2mv2c.重力势能增加32mv2d.电势能增加2mv2答案:b解析:小球由m到n点过程动能增加量为ek=12m(2v)2-12mv2=32mv2,选项a错误;小球在竖直方向做上抛运动,竖直方向的位移为h=v22g,故克服重力做功为w=mgh=12mv2,即重力势能增加12mv2,选项c错误;动能增加32mv2,重力势能增加12mv2,故机械能增加2mv2,选项b正确;根据能量守恒定律可知,电势能减小2mv2,选项d错误。3.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点答案: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od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.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所示,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。根据电势图像(-r图像),下列说法正确的是()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)答案:b解析:根据电势图像可知,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;根据电势图像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.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答案: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=rs4kd,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.(2019安徽临泉一中模拟)为模拟空气净化过程,有人设计了如图所示的含灰尘空气的密闭玻璃圆桶,圆桶的高和直径相等。第一种除尘方式是:在圆桶顶面和底面间加上电压u,沿圆桶的轴线方向形成一个匀强电场,尘粒的运动方向如图甲所示。第二种除尘方式是:在圆桶轴线处放一直导线,在导线与桶壁间加上电压,电压大小也等于u,形成沿半径方向的辐向电场,尘粒的运动方向如图乙所示。已知空气阻力与尘粒运动的速度大小成正比,即ff=kv(k为一定值),假设每个尘粒的质量和电荷量均相同,初速度和重力均可忽略不计,不考虑尘粒之间的相互作用,则在这两种方式中()a.尘粒都做直线运动b.尘粒受到的电场力大小相等c.电场对单个尘粒做功的最大值相等d.在乙容器中,尘粒做类平抛运动答案:ac解析:因初速度为0,重力可忽略不计,则尘粒沿合力方向(电场方向或反方向)做直线运动,a正确,d错误;每种除尘方式受到电场力大小f=qe,但两种不同方式中,空间中的电场强度不同,所以尘粒所受电场力大小是不同的,b错误;电场对单个尘粒做功的最大值为qu,在两种情况下电场对尘粒做功的最大值相同,c正确。7.如图所示,倾角为的绝缘斜面固定在水平面上,当质量为m、电荷量为+q的滑块沿斜面下滑时,在此空间突然加上竖直方向的匀强电场,已知滑块受到的电场力小于滑块的重力。则下列说法不正确的是()a.若滑块匀速下滑,加上竖直向上的电场后,滑块将减速下滑b.若滑块匀速下滑,加上竖直向下的电场后,滑块仍匀速下滑c.若滑块匀减速下滑,加上竖直向上的电场后,滑块仍减速下滑,但加速度变大d.若滑块匀加速下滑,加上竖直向下的电场后,滑块仍以原加速度加速下滑答案:acd解析:若滑块匀速下滑,则有mgsin=mgcos,当加上竖直向上的电场后,电场力为f,沿斜面方向,(mg-f)sin=(mg-f)cos,受力仍平衡,则滑块仍匀速下滑,故a错误、b正确;若滑块匀减速下滑,则有mgsinmgcos,加速度大小为a=g(cos-sin),加上竖直向上的电场后,沿斜面方向,(mg-f)sin(mg-f)cos,加速度大小为a=(mg-f)(cos-sin)mmgcos,加速度大小为a=g(sin-cos),加上竖直向下的电场后,在沿斜面方向,(mg+f)sin(mg+f)cos,物体仍匀加速下滑。加速度为a=(mg+f)(sin-cos)ma。即加速度增大,故d错误,故选acd。8.(2019福建福州期末)如图所示,匀强电场中的三个点a、b、c构成一个直角三角形,acb=90,abc=60,bc=d。把一个电荷量为+q的点电荷从a点移动到b点电场力不做功,从b点移动到c点电场力所做的功为w。若规定c点的电势为零,则()a.a点的电势为-wqb.b、c两点间的电势差为ubc=wqc.该电场的电场强度大小为wdqd.若从a点沿ab方向飞入一电子,其运动轨迹可能是甲答案:bd解析:点电荷在匀强电场中从a点移动到b点,电场力不做功,说明ab为等势线;从b移动到c电场力做功w,则ubc=wq,ubc=uac,又c点电势为零,则a点电势为wq,a错误,b正确。电场线垂直ab方向,c点到ab的距离为dsin60,所以电场强度大小为wqdsin60,c错误。从a点沿ab方向飞入的电子,所受的电场力垂直于ab向上,做类平抛运动,d正确。二、非选择题(本题共3小题,共44分)9.(14分)(2019安徽临泉一中模拟)一平行板电容器长l=10 cm,宽a=8 cm,板间距d=4 cm,在板左侧有一个u0=400 v加速电场(图中没画出),使不计重力的离子从静止经加速电场加速后,沿足够长的“狭缝”,沿着与两板平行的中心平面,连续不断地向整个电容器射入,离子的比荷均为21010 c/kg,距板右端l2处有一屏,如图甲所示。如果在平行板电容器的两极板间接上如图乙所示的交变电压,由于离子在电容器中运动所用的时间远小于交变电压的周期,故离子通过电场的时间内电场可视为匀强电场。试求:(1)离子进入平行板电容器时的速度;(2)离子打在屏上的区域面积;(3)在一个周期内,离子打到屏上的时间。答案:(1)4106 m/s(2)64 cm2(3)0.012 8 s解析:(1)设离子进入平行板电容器时速度为v0,根据动能定理得qu0=12mv02解得v0=2qu0m=4106m/s。(2)设离子恰好从极板边缘射出时极板两端的电压为u0水平方向:l=v0t竖直方向:d2=12at2又a=qu0md联立以上各式得u0=md2v02ql2=128v即当u128v时离子打到极板上,当u0)的带电小球m、n先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出。小球在重力作用下进入电场区域,并从该区域的下边界离开。已知n离开电场时速度方向竖直向下;m在电场中做直线运动,刚离开电场时的动能为n刚离开电场时动能的1.5倍。不计空气阻力,重力加速度大小为g。求:(1)m与n在电场中沿水平方向的位移之比;(2)a点距电场上边界的高度;(3)该电场的电场强度大小。答案:(1)31(2)13h(3)mg2q解析:(1)设小球m、n在a点水平射出时的初速度大小为v0,则它们进入电场时的水平速度仍然为v0。m、n在电场中运动的时间t相等,电场力作用下产生的加速度沿水平方向,大小均为a,在电场中沿水平方向的位移分别为x1和x2。由题给条件和运动学公式得v0-at=0x1=v0t+12at2x2=v0t-12at2联立式得x1x2=31。(2)设a点距电场上边界的高度为ha,小球下落ha时