（江蘇專用版）高考物理總復(fù)習(xí) 第六章 微專題4 電場(chǎng)中的圖像問題 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)（含解析）-人教版高三物理試題

微專題4電場(chǎng)中的圖像問題帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、單項(xiàng)選擇題1.電場(chǎng)中的三條等勢(shì)線如圖中實(shí)線a、b、c所示,三條等勢(shì)線的電勢(shì)a>b>c。一電子以沿PQ方向的初速度,僅在電場(chǎng)力的作用下沿直線從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),則這一過(guò)程中電子運(yùn)動(dòng)的v-t圖像大致是圖中的()答案A電子由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中,電場(chǎng)力所做的功為W=q(P-Q),因?yàn)閝<0,且P<Q,所以W>0,由動(dòng)能定理可知,電子的動(dòng)能不斷增大,即速度不斷增大,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤;P點(diǎn)附近等勢(shì)線密集,故場(chǎng)強(qiáng)較大,電子在P點(diǎn)附近所受電場(chǎng)力大,電子的加速度也大,對(duì)應(yīng)v-t圖像的斜率大,故由P點(diǎn)到Q點(diǎn),v-t圖像的斜率不斷減小,選項(xiàng)A正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(2018徐州質(zhì)檢)帶電球體的半徑為R,以球心為原點(diǎn)O建立坐標(biāo)軸x,軸上各點(diǎn)電勢(shì)隨x變化如圖所示,下列說(shuō)法正確的是()A.球體帶負(fù)電荷B.球內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度最大C.A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相同D.正電荷在B點(diǎn)的電勢(shì)能比C點(diǎn)的大答案D從球出發(fā)向兩側(cè)電勢(shì)降低,而電場(chǎng)線從正電荷出發(fā),沿著電場(chǎng)線電勢(shì)降低,故球帶正電荷,A項(xiàng)錯(cuò)誤;球是等勢(shì)體,故內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)為零,場(chǎng)強(qiáng)為零,B項(xiàng)錯(cuò)誤;A點(diǎn)與B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,但方向相反,C項(xiàng)錯(cuò)誤;從B到C,電勢(shì)降低,故正電荷電勢(shì)能降低,D項(xiàng)正確。3.(2018蘇錫常鎮(zhèn)四市一調(diào))一帶電粒子在電場(chǎng)中僅受靜電力作用,做初速度為零的直線運(yùn)動(dòng)。取該直線為x軸,起始點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),其電勢(shì)能Ep與位移x的關(guān)系如圖所示,下列圖像中合理的是()答案D粒子僅受電場(chǎng)力作用,做初速度為零的加速直線運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力做功等于電勢(shì)能的減小量,故F=Epx,即Ep-x圖像上某點(diǎn)切線的斜率表示電場(chǎng)力,故電場(chǎng)力逐漸減小,根據(jù)E=Fq,故電場(chǎng)強(qiáng)度也逐漸減小,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理有,F·x=Ek,故Ek-x圖線上某點(diǎn)切線的斜率表示電場(chǎng)力;由于電場(chǎng)力逐漸減小,與B圖矛盾,B項(xiàng)錯(cuò)誤;按照C圖,速度隨著位移均勻增加,根據(jù)公式v2-v02=2ax,勻變速直線運(yùn)動(dòng)的v2-x圖像是直線,題圖v-x圖像是直線,相同位移速度增加量相等,又是加速運(yùn)動(dòng),故增加相等的速度需要的時(shí)間逐漸減小,故加速度逐漸增加,而電場(chǎng)力減小導(dǎo)致加速度減小,故矛盾,C項(xiàng)錯(cuò)誤;粒子做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),D項(xiàng)正確。4.(2017清江中學(xué)月考)某區(qū)域的電場(chǎng)線分布如圖所示,其中間一根電場(chǎng)線是直線,一帶正電的粒子從直線上的O點(diǎn)由靜止開始在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn),取O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),沿直線向右為x軸正方向,粒子的重力忽略不計(jì)。在從O到A運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,下列關(guān)于粒子運(yùn)動(dòng)速度和加速度a隨時(shí)間t的變化,運(yùn)動(dòng)徑跡上電勢(shì)和粒子的動(dòng)能Ek隨位移x的變化圖線可能正確的是()答案A根據(jù)題圖可知,從O到A點(diǎn),電場(chǎng)線疏密反映了電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,所以電場(chǎng)強(qiáng)度先減小后增大,方向不變,因此電荷受到的電場(chǎng)力先減小后增大,故加速度先減小后增大,A項(xiàng)正確;在速度-時(shí)間圖像中圖像的斜率表示加速度,斜率逐漸減小,加速度減小,而加速度是先減小后增大的,B項(xiàng)錯(cuò)誤;沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低,而電勢(shì)與位移圖像的斜率表示電場(chǎng)強(qiáng)度,圖中斜率逐漸增大,表示電場(chǎng)強(qiáng)度增大,不符合題意,C項(xiàng)錯(cuò)誤;動(dòng)能與位移圖像的斜率表示電場(chǎng)強(qiáng)度,圖中斜率逐漸增大,表示電場(chǎng)強(qiáng)度增大,不符合題意,D項(xiàng)錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題5.(2019江陰一中月考)如圖甲所示,Q1、Q2是兩個(gè)固定的點(diǎn)電荷,一帶負(fù)電的試探電荷僅在電場(chǎng)力作用下以初速度v0沿兩點(diǎn)電荷連線的中垂線從a點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng),其v-t圖像如圖乙所示,下列說(shuō)法正確的是()A.兩點(diǎn)電荷一定都帶負(fù)電,但電荷量不一定相等B.兩點(diǎn)電荷一定都帶負(fù)電,且電荷量一定相等C.t1、t3兩時(shí)刻試探電荷在同一位置D.t2時(shí)刻試探電荷的電勢(shì)能最大答案CD由圖乙可知,試探電荷先向上做減速運(yùn)動(dòng),再反向向下做加速運(yùn)動(dòng),說(shuō)明粒子受到的電場(chǎng)力應(yīng)先向下后向上,故兩點(diǎn)電荷一定都帶正電;由于電場(chǎng)線只能沿豎直方向,故兩個(gè)點(diǎn)電荷帶電荷量一定相等,故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)速度圖像的斜率表示加速度知,t1、t3兩時(shí)刻試探電荷的加速度相同,所受的電場(chǎng)力相同,所以它們?cè)谕晃恢?故C項(xiàng)正確;t2時(shí)刻試探電荷的速度為零,動(dòng)能為零,根據(jù)能量守恒定律可知試探電荷的電勢(shì)能最大,故D項(xiàng)正確。6.(2015江蘇單科)一帶正電的小球向右水平拋入范圍足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)方向水平向左。不計(jì)空氣阻力,則小球()A.做直線運(yùn)動(dòng)B.做曲線運(yùn)動(dòng)C.速率先減小后增大D.速率先增大后減小答案BC小球運(yùn)動(dòng)時(shí)受重力和電場(chǎng)力的作用,合力F方向與初速度v0方向不在一條直線上,小球做曲線運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B項(xiàng)正確;將初速度v0分解為垂直于F方向的v1和沿F方向的v2,根據(jù)運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系,v1的大小不變,v2先減小后反向增大,因此小球的速率先減小后增大,選項(xiàng)C正確、D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.如圖所示,以等量同種點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)為原點(diǎn),兩點(diǎn)電荷連線的中垂線為x軸,E表示電場(chǎng)強(qiáng)度,表示電勢(shì)。根據(jù)你已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)判斷,在下列E-x圖像和-x圖像中,可能正確的是()答案AD在兩電荷連線的中點(diǎn),由于兩個(gè)電荷在此處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向相反,所以該處場(chǎng)強(qiáng)為零。在無(wú)窮遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)也為零,所以兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)到無(wú)窮遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)先增大后減小,且場(chǎng)強(qiáng)關(guān)于電荷連線對(duì)稱,故A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上場(chǎng)強(qiáng)方向從中點(diǎn)指向無(wú)窮遠(yuǎn),電勢(shì)逐漸降低,故C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。8.(2018南通調(diào)研)真空中有一半徑為r0的均勻帶電金屬球,以球心為原點(diǎn)建立x軸,軸上各點(diǎn)的電勢(shì)分布如圖所示,r1、r2分別是+x軸上A、B兩點(diǎn)到球心的距離。下列說(shuō)法中正確的有()A.0r0范圍內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零B.A點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度C.A點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向由A指向BD.正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)過(guò)程總電場(chǎng)力做功答案ACD根據(jù)E=x可知,-x圖像的斜率表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,由圖可知在0r0范圍內(nèi)斜率為0,故在0r0范圍內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零,故A正確;根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)公式E=kQr2,得A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;A點(diǎn)到B點(diǎn)電勢(shì)降低,所以A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向由A指向B,故C項(xiàng)正確。正電荷沿直線從A移到B的過(guò)程中,電場(chǎng)力方向由A指向B,所以電場(chǎng)力做正功,故D項(xiàng)正確。9.(2018鹽城高三三模)在x軸上有兩個(gè)點(diǎn)電荷q1和q2,它們產(chǎn)生的電場(chǎng)的電勢(shì)在x軸上分布如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A.q1和q2帶有異種電荷B.x=x2處電場(chǎng)強(qiáng)度一定為0C.負(fù)電荷沿x軸從x1移動(dòng)到x2,電勢(shì)能增加D.正電荷沿x軸從x1移動(dòng)到x2,電場(chǎng)力做負(fù)功答案ABC由圖可知,坐標(biāo)原點(diǎn)處電勢(shì)趨于無(wú)限大,則坐標(biāo)原點(diǎn)處為正電荷,又因從O到x2,電勢(shì)降低,可知電場(chǎng)方向由O指向x2,故另一電荷帶負(fù)電,A正確;-x圖像斜率表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,x2處圖線斜率為零,故電場(chǎng)強(qiáng)度為零,B正確;從x1到x2電勢(shì)降低,故負(fù)電荷從x1到x2電勢(shì)能增大,正電荷從x1到x2電場(chǎng)力做正功,C正確,D錯(cuò)誤。三、非選擇題10.(2018淮安模擬)如圖所示,一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線上端固定,下端拴一個(gè)質(zhì)量為m的電荷量為q的小球,將它置于方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,使細(xì)線豎直拉直時(shí)將小球從A點(diǎn)靜止釋放,當(dāng)細(xì)線離開豎直位置偏角=60°時(shí),小球速度為0。求:(1)小球帶電性質(zhì);電場(chǎng)強(qiáng)度E。(2)若小球恰好完成豎直圓周運(yùn)動(dòng),求從A點(diǎn)釋放小球時(shí)應(yīng)有的初速度vA的大小(可含根式)。答案(1)正電3mg3q(2)2gL(3+1)解析(1)根據(jù)電場(chǎng)方向和小球受力分析可知小球帶正電。小球由A點(diǎn)釋放到速度等于零,由動(dòng)能定理有0=EqLsin-mgL(1-cos)解得E=3mg3q。(2)將小球的重力和電場(chǎng)力的合力作為小球的等效重力G',則G'=233mg,方向與豎直方向成30°角偏向右下方。若小球恰能做完整的圓周運(yùn)動(dòng),在等效最高點(diǎn)有mv2L=233mg12mv2-12mvA2=-233mgL(1+cos30°)聯(lián)立解得vA=2gL(3+1)。11.(2018如東檢測(cè))如圖所示,內(nèi)表面絕緣光滑的圓軌道位于豎直平面內(nèi),軌道半徑為r,A、B分別為內(nèi)軌道的最高點(diǎn)和最低點(diǎn),圓心O固定電荷量為+Q的點(diǎn)電荷,質(zhì)量為m、電荷量為-q的小球能在圓軌道內(nèi)表面做完整的圓周運(yùn)動(dòng),重力加速度為g,靜電力常量為k。(1)若小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的速度為v0,求此時(shí)對(duì)軌道的壓力大小;(2)求小球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)最小速度的大小v;(3)若小球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)對(duì)軌道的壓力為mg,求經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能Ek。答案(1)mv02r+mg-kQqr2(2)kQqmr+gr(3)kQq2r+3mgr解析(1)設(shè)此時(shí)軌道對(duì)小球的支持力為N,由向心力公式有N+kQqr2-mg=mv02r解得N=mv02r+mg-kQqr2由牛頓第三定律可知對(duì)軌道的壓力大小N'=N=mv02r+mg-kQqr2。(2)小球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)有最小速度時(shí),與軌道間的彈力為0,則有kQqr2+mg=mv2r解得v=kQqmr+gr。(3)設(shè)小球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度為vA,由向心力公式有kQqr2+mg+mg=mvA2r由機(jī)械能守恒定律有12mvA2+2mgr=Ek解得Ek=kQq2r+3mgr。