2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第七章 靜電場 第3課時 電容器與電容 帶電粒子在電場中的運動課時訓(xùn)練 教科版.doc

第3課時電容器與電容帶電粒子在電場中的運動1.如圖所示的實驗裝置中,極板A接地,平行板電容器的極板B與一個靈敏的靜電計相接.將A極板向左移動,增大電容器兩極板間的距離時,電容器所帶的電荷量Q、電容C、兩極板間的電壓U、電容器兩極板間的電場強度E的變化情況是(C)A.Q變小,C不變,U不變,E變小B.Q變小,C變小,U不變,E不變C.Q不變,C變小,U變大,E不變D.Q不變,C變小,U變大,E變小解析:由題意可知,電容器未接電源,故電容器的電荷量不變,選項A,B錯誤;根據(jù)C=,E=,C=可知,當(dāng)兩極板間的距離d增大時,C變小,U變大,三式聯(lián)立可得E=,故電場強度E不變,選項C正確,D錯誤.2.如圖,一平行板電容器的兩極板與一電壓恒定的電源相連,極板水平放置,極板間距為d;在下極板上疊放一厚度為l的金屬板,其上部空間有一帶電粒子P靜止在電容器中.當(dāng)把金屬板從電容器中快速抽出后,粒子P開始運動.重力加速度為g.粒子運動的加速度為(A)A.gB.gC. gD. g解析:抽出前qE1=mg,抽出后mg-qE2=ma.由電壓不變得E1(d-l)=E2d,聯(lián)立解得a=g,選項A正確.3.(2018河北秦皇島模擬)帶有等量異種電荷的兩平行金屬板水平放置,a,b,c三個粒子(重力忽略不計)先后從同一點O沿垂直電場方向進入電場,其運動軌跡如圖所示,其中b恰好沿下極板的邊緣飛出電場.下列說法正確的是(C)A.b在電場中運動的時間大于a在電場中運動的時間B.b在電場中運動的時間等于c在電場中運動的時間C.進入電場時c的速度最大,a的速度最小D.a打在負極板上時的速度與b飛離電場時的速度大小相等解析:根據(jù)y=at2可知b在電場中運動的時間等于a在電場中運動的時間,b在電場中運動的時間大于c在電場中運動的時間,選項A,B錯誤;根據(jù)x=v0t可知進入電場時,c的速度最大,a的速度最小,選項C正確;因為電場力對a,b做功相同,但初速度大小不同,所以a打在負極板上時的速度與b飛離電場時的速度大小不相等,選項D錯誤.4.(2018遼寧大連模擬)如圖所示,豎直放置的兩個平行金屬板間存在勻強電場,與兩板上邊緣等高處有兩個質(zhì)量相同的帶電小球,小球A從緊靠左極板處由靜止開始釋放,小球B從兩板正中央由靜止開始釋放,兩小球最終都能運動到右極板上的同一位置,則從開始釋放到運動至右極板的過程中,下列判斷正確的是(B)A.運動時間tA>tBB.電荷量之比qAqB=21C.機械能增加量之比EAEB=21D.機械能增加量之比EAEB=11解析:兩小球在豎直方向上做自由落體運動,由h=gt2得運動時間相同,選項A錯誤;兩球的水平分運動都是初速度為0的勻加速運動,有qE=ma,x=at2,所以x=,由于兩球水平分位移之比為21,故qAqB=21,選項B正確;機械能的增加量等于電場力做的功,有E=qEL,所以EAEB=41,選項C,D錯誤.5.(2018安徽六校聯(lián)考)如圖所示,六面體真空盒置于水平面上,它的ABCD面與EFGH面為金屬板,其他面為絕緣材料.ABCD面帶正電,EFGH面帶負電.從小孔P沿水平方向以相同速度射入三個質(zhì)量相同的帶正電液滴A,B,C,最后分別落在1,2,3三點.則下列說法正確的是(D)A.三個液滴在真空盒中都做平拋運動B.三個液滴的運動時間不一定相同C.三個液滴落到底板時的速率相同D.液滴C所帶電荷量最多解析:三個液滴具有相同的水平初速度,但除了受重力以外,還受水平方向的電場力作用,不是平拋運動,選項A錯誤;在豎直方向上三個液滴都做自由落體運動,下落高度又相同,運動時間必相同,選項B錯誤;在相同的運動時間內(nèi),液滴C水平位移最大,說明它在水平方向的加速度最大,它受到的電場力最大,故它所帶電荷量也最多,選項D正確;因為電場力對液滴C做功最多,它落到底板時的速率最大,選項C 錯誤.6.(2018河南洛陽模擬)如圖所示,平行板電容器與電源相連,下極板接地.一帶電油滴位于兩極板的中心P點且恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)將平行板電容器兩極板在紙面內(nèi)繞OO迅速順時針轉(zhuǎn)過45,則(C)A.P點處的電勢降低B.帶電油滴仍將保持靜止?fàn)顟B(tài)C.帶電油滴將水平向右做勻加速直線運動D.帶電油滴到達極板前具有的電勢能不斷增加解析:由于P點仍處于板的中間,故電勢不變,選項A錯誤;設(shè)原來兩極板間距為d,兩極板的電勢差為U,帶電油滴處于靜止?fàn)顟B(tài),則mg=q,當(dāng)電容器兩極板繞OO順時針轉(zhuǎn)過45后,兩極板間距變小為d,由于電容器始終與電源相連,兩極板的電勢差仍為U,故此時的電場力為原來的倍,方向與水平方向成45指向右上方.帶電油滴所受的合力方向恰好水平向右,故油滴沿水平方向向右做初速度為零的勻加速直線運動,此過程中電場力做正功,油滴的電勢能不斷減小,選項B,D錯誤,C正確.7.(2018湖北武漢質(zhì)檢)如圖所示,兩極板水平放置的平行板電容器間形成勻強電場,兩極板相距為d.一帶負電的微粒從上極板M的左邊緣以初速度v0射入,沿直線從下極板的右邊緣射出.已知微粒的電荷量為q、質(zhì)量為m,下列說法正確的是(B)A.微粒的電勢能減小了mgdB.兩極板間的電勢差為C.N板的電勢高于M板的電勢D.微粒的動能增加了mgd解析:重力做功mgd,微粒的重力勢能減小,動能不變,根據(jù)能量守恒定律得知,微粒的電勢能增加了mgd,選項A,D錯誤;微粒的電勢能增加量Ep=mgd,又Ep=qU,得到兩極板的電勢差U=,選項B正確;由題可判斷出電場力方向豎直向上,微粒帶負電,電場強度方向豎直向下,M板的電勢高于N板的電勢,選項C錯誤.8.(2017河北石家莊二模)(多選)如圖所示,一水平放置的平行板電容器,下板A固定,上板B與豎直懸掛的絕緣彈簧連接,A,B間有一固定的帶正電荷的液滴P,電容器帶電荷量為Q1,若讓電容器充電或放電,使之帶電荷量為Q2,則下列說法正確的是(AC)A.若Q2>Q1,則彈簧的長度增加B.若Q2>Q1,則電容器的電容減少C.若Q2>Q1,則帶電液滴P的電勢能增加D.若Q2<Q1,則帶電液滴P的電勢能增加解析:若電容器所帶電荷量增加,則兩平行板之間通過電荷產(chǎn)生的吸引力增加,使得彈簧長度增加、兩板之間的距離減小,由C=可知,電容器的電容增大,選項A正確、B錯誤;由E=可知,Q增大,使得兩平行板之間的電場強度E增大,因UPA=Ed,其中E增大、d不變,則UPA增大,又UPA=P-A=P,所以P增大,由Ep=qP可知,Ep增加,選項C正確,D錯誤.9.(2018山東泰安模擬)(多選)如圖(甲)所示,兩平行金屬板MN,PQ的板長和板間距離相等,板間存在如圖(乙)所示的隨時間周期性變化的電場,電場方向與兩板垂直,在t=0時刻,一不計重力的帶電粒子沿板間中線垂直電場方向射入電場,粒子射入電場時的速度為v0,t=T時刻粒子剛好沿MN板右邊緣射出電場,則(AD)A.該粒子射出電場時的速度方向一定是平行于極板方向的B.在t=時刻,該粒子的速度大小為2v0C.若該粒子在時刻以速度v0進入電場,則粒子會打在板上D.若該粒子的入射速度變?yōu)?v0,則該粒子將在t=時刻射出電場解析:粒子射入電場在水平方向上做勻速直線運動,在豎直方向上前半個周期內(nèi)先做勻加速直線運動,在后半個周期內(nèi)做勻減速直線運動,一個周期末豎直方向上的分速度為零,可知粒子射出電場時的速度方向一定沿平行于極板方向,選項A正確;在t=時刻,粒子在水平方向上的分速度為v0,因為兩平行金屬板MN,PQ的板長和板間距離相等,則該時刻水平分位移為豎直分位移的2倍,故有v0=2,解得vy=v0,根據(jù)平行四邊形定則知,粒子的速度為v=v0,選項B錯誤;若該粒子在時刻以速度v0進入電場,粒子在豎直方向上的運動情況與零時刻進入時運動的方向相反,運動規(guī)律相同,則粒子不會打在板上,選項C錯誤;若該粒子的入射速度變?yōu)?v0,則粒子射出電場的時間t=,選項D正確.10.如圖所示,一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的液滴,在電場強度大小為E=、方向水平向右的勻強電場中運動,運動軌跡在豎直平面內(nèi).A,B為其運動軌跡上的兩點,已知該液滴在A點的速度大小為v0,方向與電場方向的夾角為60;它運動到B點時速度方向與電場方向的夾角為30.求A,B兩點間的電勢差.解析:由題意知qE=mg,液滴重力不能忽略,把運動分解水平方向有vsin 60=v0sin 30+t豎直方向有vcos 60=v0cos 30-gt可得v=v0,t=由牛頓第二定律得水平方向加速度a=g,水平位移x=v0sin 30t+(g)t2=UAB=Ex=.答案:11.(2017吉林期末)如圖所示,水平放置的平行板電容器,兩板間距為d=8 cm,板長為L=25 cm,接在直流電源上,有一帶電液滴以v0=0.5 m/s 的初速度從板間的正中央水平射入,恰好做勻速直線運動,當(dāng)它運動到P處時迅速將下板向上提起 cm,液滴剛好從金屬板末端飛 出,求:(1)將下板向上提起后,液滴的加速度大小;(2)液滴從射入電場開始計時,勻速運動到P點所用時間為多少?(g取10 m/s2)解析:(1)帶電液滴在板間受重力和豎直向上的電場力,因為液滴勻速運動,所以有qE=mg,q=mg,即qU=mgd當(dāng)下板向上提后,d減小,E增大,電場力增大,故液滴向上偏轉(zhuǎn),在電場中做類平拋運動.此時液滴所受電場力F=q=mga=g=2 m/s2.(2)因為液滴剛好從金屬板末端飛出,所以液滴在豎直方向上的位移是.設(shè)液滴從P點開始在勻強電場中飛行的時間為t1,=a,t1=0.2 s而液滴從剛進入電場到出電場的時間為t2=0.5 s所以液滴從射入電場開始勻速運動到P點時間為t=t2-t1=0.3 s.答案:(1)2 m/s2(2)0.3 s12.導(dǎo)學(xué)號 58826166(2018遼寧大連模擬)空間存在水平方向的大小不變、方向周期性變化的電場,其變化規(guī)律如圖所示(取水平向右為正方向).一個質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子(重力不計),開始處于圖中的A點.在t=0時刻將該粒子由靜止釋放,經(jīng)過時間t0,剛好運動到B點,且瞬時速度為零.已知電場強度大小為E0.試求:(1)電場變化的周期T應(yīng)滿足的條件;(2)A,B之間的距離.解析:(1)經(jīng)過時間t0,瞬時速度為零,故時間t0為周期的整數(shù)倍,即t0=nT解得T=(n為正整數(shù)).(2)作出vt圖像,如圖所示.最大速度為vm=vt圖像與時間軸包圍的面積表示位移大小s=vmt0=(n為正整數(shù)).答案:(1)T=(n為正整數(shù))(2)(n為正整數(shù))13.導(dǎo)學(xué)號 58826167(2017廣東深圳二模)如圖所示,勻強電場方向沿x軸的正方向,電場強度為E.在A(d,0)點有一個靜止的中性微粒,由于內(nèi)部作用,某一時刻突然分裂成兩個質(zhì)量均為m的帶電微粒,其中電荷量為q的微粒1沿y軸負方向運動,經(jīng)過一段時間到達(0,-d)點.不計重力和分裂后兩微粒間的作用.試求:(1)分裂時兩個微粒各自的速度;(2)當(dāng)微粒1到達(0,-d)點時,電場力對微粒1做功的瞬時功率;(3)當(dāng)微粒1到達(0,-d)點時,兩微粒間的距離.解析:(1)微粒1在y方向不受力,做勻速直線運動;在x方向由于受恒定的電場力,做勻加速直線運動,所以微粒1做的是類平拋運動.設(shè)微粒1分裂時的速度為v1,微粒2的速度為v2,在y方向上有d=v1t在x方向上有a=,d=at2v1=,速度方向沿y軸的負方向.中性微粒分裂成兩微粒時,遵守動量守恒定律,有mv1+mv2=0所以v2=-v1所以v2的大小為,方向沿y軸正方向.(2)設(shè)微粒1到達(0,-d)點時的速度為vB,則電場力做功的瞬時功率為P=qEvBcos =qEvBx,其中由運動學(xué)公式vBx=,所以P=qE.(3)兩微粒的運動具有對稱性,如圖所示,當(dāng)微粒1到達(0,-d)點時發(fā)生的位移s1=d,則當(dāng)微粒1到達(0,-d)點時,兩微粒間的距離為2s1=2d.答案:(1)速度方向沿y軸的負方向方向沿y軸正方向(2)qE(3)2d