2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練 專題七 電場(chǎng)性質(zhì)及帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練 專題七 電場(chǎng)性質(zhì)及帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,16題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,78題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,全部選對(duì)的得7分,選對(duì)但不全的得4分,有選錯(cuò)的得0分)1.(xx·湖北八校聯(lián)考)英國科學(xué)家法拉第最先嘗試用“線”描述磁場(chǎng)和電場(chǎng),有利于形象理解不可直接觀察的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)弱分布。如圖所示,一對(duì)等量異種點(diǎn)電荷,電荷量分別為+Q、-Q。實(shí)線為電場(chǎng)線,虛線圓的圓心O在兩電荷連線的中點(diǎn),a、b、c、d為圓上的點(diǎn),下列說法正確的是()A.a、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同B.b、c兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同C.c點(diǎn)的電勢(shì)高于d點(diǎn)的電勢(shì)D.d點(diǎn)的電勢(shì)等于a點(diǎn)的電勢(shì)2.如圖所示,勻強(qiáng)電場(chǎng)中的A、B、C三點(diǎn)構(gòu)成一邊長(zhǎng)為a的等邊三角形。電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與紙面平行。電子以某一初速度僅在靜電力作用下從B移動(dòng)到A動(dòng)能減少E0。質(zhì)子僅在靜電力作用下從C移動(dòng)到A動(dòng)能增加E0,已知電子和質(zhì)子電荷量絕對(duì)值均為e,則勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為()A.B.C.D.3.(xx·江蘇鹽城統(tǒng)考)如圖所示,勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一圓,其平面與電場(chǎng)線平行,O為圓心,A、B、C、D為圓周上的四個(gè)等分點(diǎn)?，F(xiàn)將某帶電粒子從A點(diǎn)以相同的初動(dòng)能向各個(gè)不同方向發(fā)射,到達(dá)圓周上各點(diǎn)時(shí),其中過D點(diǎn)動(dòng)能最大,不計(jì)重力和空氣阻力。則()A.該電場(chǎng)的電場(chǎng)線一定是與OD平行B.該電場(chǎng)的電場(chǎng)線一定是與OB垂直C.帶電粒子若經(jīng)過C點(diǎn),則其動(dòng)能不可能與初動(dòng)能相同D.帶電粒子不可能經(jīng)過B點(diǎn)4.真空中有一帶電金屬球,通過其球心的一直線上各點(diǎn)的電勢(shì)分布如圖,r表示該直線上某點(diǎn)到球心的距離,r1、r2分別是該直線上A、B兩點(diǎn)離球心的距離。根據(jù)電勢(shì)圖象(-r圖象),下列說法中正確的是()A.該金屬球可能帶負(fù)電B.A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向由A指向BC.A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的電場(chǎng),從A到B,其電場(chǎng)強(qiáng)度可能逐漸增大D.電荷量為q的正電荷沿直線從A移到B的過程中,電場(chǎng)力做功W=q(2-1)5.電源和一個(gè)水平放置的平行板電容器、兩個(gè)變阻器R1、R2和定值電阻R3組成如圖所示的電路。當(dāng)把變阻器R1、R2調(diào)到某個(gè)值時(shí),閉合開關(guān)S,電容器中的一個(gè)帶電液滴正好處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)再進(jìn)行其他相關(guān)操作時(shí)(只改變其中的一個(gè)),以下判斷正確的是()A.將R1的阻值增大時(shí),液滴仍保持靜止?fàn)顟B(tài)B.將R2的阻值增大時(shí),液滴將向下運(yùn)動(dòng)C.斷開開關(guān)S,電容器上的電荷量將減為零D.把電容器的上極板向上平移少許,電容器的電荷量將增加6.如圖所示,在xOy坐標(biāo)系中以O(shè)為中心的橢圓上,有a、b、c、d、e五點(diǎn),其中a、b、c、d為橢圓與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)。現(xiàn)在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)O1固定一正點(diǎn)電荷,另一正試探電荷僅在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示。下列說法正確的是()A.a、c兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同B.d點(diǎn)的電勢(shì)低于b點(diǎn)的電勢(shì)C.正試探電荷沿虛線運(yùn)動(dòng)過程中在b點(diǎn)的動(dòng)能大于在e點(diǎn)的動(dòng)能D.若將正試探電荷由a沿橢圓經(jīng)be移動(dòng)到c,電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功,但總功為零7.(xx·湖南長(zhǎng)沙長(zhǎng)郡中學(xué)月考)如圖所示,MPQO為有界的豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E,ACB為光滑固定的半圓形軌道,圓軌道半徑為R,AB為圓水平直徑的兩個(gè)端點(diǎn),AC為圓弧。一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為-q的帶電小球,從A點(diǎn)正上方高為H處由靜止釋放,并從A點(diǎn)沿切線進(jìn)入半圓軌道。不計(jì)空氣阻力及一切能量損失,關(guān)于帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況,下列說法正確的是()A.小球一定能從B點(diǎn)離開軌道B.小球在AC部分不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)C.若小球能從B點(diǎn)離開,上升的高度一定小于HD.小球到達(dá)C點(diǎn)的速度不可能為零8.如圖所示,A板發(fā)出的電子經(jīng)加速后,水平射入水平放置的兩平行金屬板間,金屬板間所加的電壓為U,電子最終打在光屏P上,關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng),下列說法中正確的是()A.滑片向右移動(dòng)時(shí),電子打在熒光屏上的位置上升B.滑片向左移動(dòng)時(shí),電子打在熒光屏上的位置上升C.電壓U增大時(shí),電子打在熒光屏上的速度大小不變D.電壓U增大時(shí),電子從發(fā)出到打在熒光屏上的時(shí)間不變二、非選擇題(本題共3小題,共44分)9.(14分)(xx·貴州銅仁一模)如圖甲所示為一組間距d足夠大的平行金屬板,板間加有隨時(shí)間變化的電壓(如圖乙所示),設(shè)U0和T已知。A板上O處有一靜止的帶電粒子,其電荷量為q,質(zhì)量為m(不計(jì)重力),在t=0時(shí)刻起該帶電粒子受板間電場(chǎng)加速向B板運(yùn)動(dòng),途中由于電場(chǎng)反向,粒子又向A板返回(粒子未曾與B板相碰)。(1)當(dāng)Ux=2U0時(shí),求帶電粒子在t=T時(shí)刻的動(dòng)能。(2)為使帶電粒子在t=T時(shí)刻恰能回到O點(diǎn),Ux等于多少?10.(15分)如圖所示,在平面直角坐標(biāo)系中,有方向平行于坐標(biāo)平面的勻強(qiáng)電場(chǎng),坐標(biāo)系內(nèi)有A、B兩點(diǎn),其中A點(diǎn)坐標(biāo)為(6,0),B點(diǎn)坐標(biāo)為(0,),坐標(biāo)原點(diǎn)O處的電勢(shì)為0,點(diǎn)A處的電勢(shì)為8 V,點(diǎn)B處的電勢(shì)為4 V。現(xiàn)有一帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O處沿電勢(shì)為0的等勢(shì)線方向以速度v=4×105 m/s射入電場(chǎng),粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)恰好通過B點(diǎn),不計(jì)粒子所受重力,求:(1)圖中C處(3,0)的電勢(shì);(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小;(3)帶電粒子的比荷。11.(15分)(xx·江蘇宿遷統(tǒng)考)真空室中有如圖甲所示的裝置,電極K持續(xù)發(fā)出的電子(初速不計(jì))經(jīng)過電場(chǎng)加速后,從小孔O沿水平放置的偏轉(zhuǎn)極板M、N的中心軸線OO'射入。M、N板長(zhǎng)均為L(zhǎng),間距為d,偏轉(zhuǎn)極板右邊緣到熒光屏P(足夠大)的距離為s。M、N兩板間的電壓UMN隨時(shí)間t變化的圖線如圖乙所示。調(diào)節(jié)加速電場(chǎng)的電壓,使得每個(gè)電子通過偏轉(zhuǎn)極板M、N間的時(shí)間等于圖乙中電壓UMN的變化周期T。已知電子的質(zhì)量、電荷量分別為m、e,不計(jì)電子重力。(1)求加速電場(chǎng)的電壓U1;(2)欲使不同時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電子都能打到熒光屏P上,求圖乙中電壓U2的范圍;(3)證明在(2)問條件下電子打在熒光屏上形成亮線的長(zhǎng)度與距離s無關(guān)。參考答案1.D解析:a、b、c、d在同一個(gè)圓上,電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱,故四點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,但是方向不同,故A、B錯(cuò)誤;沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低,故c點(diǎn)電勢(shì)低于d點(diǎn)電勢(shì),故C錯(cuò)誤;a、d兩點(diǎn)對(duì)稱,故電勢(shì)相等,故D正確。2.C解析:對(duì)電子從B到A的過程,由動(dòng)能定理有-eUBA=-E0;同理,對(duì)質(zhì)子從C到A的過程,eUCA=E0,可見UBA=UCA,故B、C兩點(diǎn)電勢(shì)相等,在同一等勢(shì)面上,AB沿電場(chǎng)線方向上的距離d=asin 60°=a,由電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系E=,解得E=,C項(xiàng)正確。3.A解析:將某帶電粒子從A點(diǎn)以相同的初動(dòng)能向各個(gè)不同方向發(fā)射,到達(dá)圓周上各點(diǎn)時(shí),其中過D點(diǎn)動(dòng)能最大,說明D點(diǎn)電勢(shì)能最小,若帶電粒子帶正電,D點(diǎn)為電勢(shì)最低點(diǎn);若帶電粒子帶負(fù)電,D點(diǎn)為電勢(shì)最高點(diǎn);該電場(chǎng)的電場(chǎng)線一定是與CD平行,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。由于C點(diǎn)與A點(diǎn)為電勢(shì)相等的點(diǎn),所以帶電粒子若經(jīng)過C點(diǎn),則其動(dòng)能一定與初動(dòng)能相同,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。由于題述帶電粒子向各個(gè)不同方向發(fā)射,帶電粒子可能經(jīng)過B點(diǎn),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.B解析:根據(jù)電勢(shì)圖象可知,r趨近于無限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零,金屬球帶正電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;帶正電的金屬球電場(chǎng)類似于正點(diǎn)電荷的電場(chǎng),根據(jù)正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)特征,A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向由A指向B,選項(xiàng)B正確;根據(jù)電勢(shì)圖象的斜率表示電場(chǎng)強(qiáng)度,從A到B,其電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;A、B兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為U=1-2,電荷量為q的正電荷沿直線從A移到B的過程中,電場(chǎng)力做功W=QU=q(1-2),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5.A解析:當(dāng)R1的阻值增大時(shí),電容器兩端的電勢(shì)差不變,帶電液滴受到的電場(chǎng)力不變,液滴保持不動(dòng),故A正確;將R2的阻值增大時(shí),則R2兩端的電壓增大,所以電容器兩端的電壓增大,電場(chǎng)力變大,液滴向上運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;斷開開關(guān),電容器兩端的電勢(shì)差等于電源的電動(dòng)勢(shì),根據(jù)Q=CU,可知電容器的電荷量將增加,故C錯(cuò)誤;因?yàn)殡娙萜鞯碾娙軨=,把電容器的上極板向上平移少許,d增大,會(huì)使電容減小,電容器兩端的電勢(shì)差不變,根據(jù)Q=CU,可知電容器的電荷量將減少,故D錯(cuò)誤。6.C解析:根據(jù)對(duì)稱性可知:a、c兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向不同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;離正場(chǎng)源電荷越近,電勢(shì)越高,可知d點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;正試探電荷沿虛線運(yùn)動(dòng)過程中從b到e,電場(chǎng)力做負(fù)功,由動(dòng)能定理知,在b點(diǎn)的動(dòng)能大于在e點(diǎn)的動(dòng)能,選項(xiàng)C正確;由a沿橢圓經(jīng)be移動(dòng)到c,電勢(shì)先降低后升高,正試探電荷的電勢(shì)能先減后增,電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功,但總功為零,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.CD解析:由于題中沒有給出H與R、E的關(guān)系,小球可能從B點(diǎn)離開軌道,若小球所受的電場(chǎng)力大于重力,小球就不一定從B點(diǎn)離開軌道,故A錯(cuò)誤;若重力大小等于電場(chǎng)力,小球在AC部分做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;由于小球在AC部分運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做負(fù)功,所以若小球能從B點(diǎn)離開,上升的高度一定小于H,故C正確;若小球到達(dá)C點(diǎn)的速度為零,則電場(chǎng)力大于重力,則小球不可能沿半圓軌道運(yùn)動(dòng),所以小球到達(dá)C點(diǎn)的速度不可能為零,故D正確。8.BD解析:由題意知,電子在加速電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)動(dòng)能定理得eU1=mv2,電子獲得的速率為v=;電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng),也就是平行電場(chǎng)方向做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度為a=;電子在電場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)的位移為y=at2,垂直電場(chǎng)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t=?；蛴乙苿?dòng)時(shí),加速電壓變大,所以電子獲得的速度v增加,可知,電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t減少,故電子偏轉(zhuǎn)位移y變小,因?yàn)殡娮酉蛏掀D(zhuǎn),故在屏上的位置下降,A錯(cuò)誤;滑片向左移動(dòng)時(shí),加速電壓變小,所以電子獲得的速度v減小,可知,電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t變大,故電子偏轉(zhuǎn)位移y變大,因?yàn)殡娮酉蛏掀D(zhuǎn),故在屏上的位置上升,B正確;電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)位移增大,電子打在熒光屏上的速度增大,C錯(cuò)誤;偏轉(zhuǎn)電壓增大時(shí),電子在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力增大,即電子偏轉(zhuǎn)的加速度a增大,又因?yàn)榧铀匐妷翰蛔?電子進(jìn)入電場(chǎng)的速度沒有變化,電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t沒有發(fā)生變化,故D正確。9.答案:(1)(2)3U0解析:(1)粒子在兩種不同電壓的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度分別為a1=a2=經(jīng)過時(shí)粒子的速度v1=a1t=T時(shí)刻粒子的速度v2=v1-a2=a1-a2=-t=T時(shí)刻粒子的動(dòng)能Ek=。(2)0粒子的位移x1=a1T粒子的位移xx=v1ax又v1=a1,x1=-xx解得ax=3a1因?yàn)閍1=,ax=解得Ux=3U0。10.答案:(1)4 V(2)2.67×102 V/m(3)2.4×1011 C/kg解析:(1)設(shè)C處的電勢(shì)為C因?yàn)镺C=CA所以O(shè)-C=C-AC= V=4 V。(2)BC連線為等勢(shì)線,電場(chǎng)強(qiáng)度方向與等勢(shì)線BC垂直設(shè)OBC=,OB=L= cm由tan =,得=60°由U=Ed,得E= V/m2.67×102 V/m。(3)因?yàn)閹щ娏Ｗ幼鲱惼綊佭\(yùn)動(dòng),所以聯(lián)立解得= C/kg=2.4×1011 C/kg所以帶電粒子的比荷為2.4×1011 C/kg。11.答案:(1)(2)U2(3)見解析解析:(1)對(duì)粒子在加速電場(chǎng)中加速的過程,應(yīng)用動(dòng)能定理得eU1=-0粒子在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),則L=v0T解得電壓U1=。(2)t=0時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電子,先做類平拋運(yùn)動(dòng),后做勻速直線運(yùn)動(dòng),射出電場(chǎng)時(shí)沿垂直于板面方向偏移的距離y最大。U2作用的時(shí)間為,偏轉(zhuǎn)位移為y1=剩下的時(shí)間內(nèi),粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)垂直于極板方向的平均速度為勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的兩倍。則y2=2y1要使粒子能射出平行板,則y1+y2聯(lián)立解得U2。(3)對(duì)滿足(2)問條件下任意確定的U2,不同時(shí)刻射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電子沿垂直于極板方向的速度均為vy=電子速度偏轉(zhuǎn)角的正切值均為tan =電子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度均相同,即速度方向相同,不同時(shí)刻射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電子沿垂直于極板方向的側(cè)移距離可能不同,側(cè)移距離的最大值與最小值之差y=,y與U2有關(guān)。因電子射出時(shí)速度方向相同,所以在屏上形成亮線的長(zhǎng)度等于y可知,屏上形成亮線的長(zhǎng)度與P到極板M、N右邊緣的距離s無關(guān)。