优化设计2016高考物理二轮专题整合高频突破课件能力训练七电场性质及带电粒子在中的运动

1、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1.的得 0 分)(2015八校联考)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,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、b 两点的电场强度相同b、c 两点

2、的电场强度相同c 点的电势高于 d 点的电势d 点的电势等于 a 点的电势2.,匀强电场中的 A、B、C 三点一边长为 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),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

3、力。则( A.该电场的电场线一定是与 OD 平行该电场的电场线一定是与 OB 垂直带电粒子若经过 C 点,则其动能不可能与初动能相同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()该金属球可能带负电A 点的电场强度方向由 A 指向 BA 点和 B 点之间的电场,从 A 到 B,其电场强度可能逐渐增大电荷量为 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

4、电容器、两个变阻器 R1、R2 和定值电阻 R3 组成路。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的电状态。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()将 R1 的阻值增大时,液滴仍保持将 R2 的阻值增大时,液滴将向下运动断开开关 S,电容器上的电荷量将减为零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.状态,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

5、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),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,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()

6、小球一定能从 B 点离开轨道小球在 AC 部分不可能做匀速圆周运动若小球能从 B 点离开,上升的高度一定小于 H小球到达 C 点的速度不可能为零8.,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铜仁一模)如图甲所示为一组

7、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)。当 Ux=2U0 时,求带电粒子在 t=T 时刻的动能。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),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

8、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:图中 C 处(3,0)的电势;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

9、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。求加速电场的电压 U1;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1.D: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:对电子从 B 到 A 的过程,由动

10、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: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

11、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: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:当 R1 的阻值增大时,电容器两端的电势差不变,带电液滴受

12、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: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

13、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: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

14、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。: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8.BD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

15、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. :(1) (2)3U0:(1)粒子在两种不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=a1 t=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

16、=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。:(1)4 V(2)2.67102 V/m10.(3)2.41011 C/kg:(1)设 C 处的电势为 C因为 OC=CA所以 O-C=C-A C= V=4 V。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。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.:(1)(2)U2(3)见:(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=。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