(江蘇專版)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤檢測(cè)(二十二)電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(含解析)

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1、電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析1.2018年8月2325日,第九屆上海國(guó)際超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)展覽會(huì)成功舉行,作為中國(guó)最大超級(jí)電容器展,眾多行業(yè)龍頭踴躍參與。如圖所示,平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連接,一帶電油滴位于電容器中的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀態(tài),在其他條件不變的情況下,現(xiàn)將平行板電容器的兩極板非常緩慢地錯(cuò)開一些,那么在錯(cuò)開的過程中()A電容器的電容C增大B電容器所帶的電荷量Q減小C油滴將向下加速運(yùn)動(dòng),電流計(jì)中的電流從N流向MD油滴靜止不動(dòng),電流計(jì)中的電流從M流向N解析:選B將兩極板緩慢地錯(cuò)開一些,兩極板正對(duì)面積減小,根據(jù)電容的決定式C得知,電容減

2、小,故A錯(cuò)誤。根據(jù)QCU,由于電容器電容減小,因兩極板間電壓U不變,那么極板帶的電荷量會(huì)減小,故B正確。將平行板電容器的兩極板非常緩慢地水平錯(cuò)開一些,由于電容器兩板間電壓不變,根據(jù)E,得知板間場(chǎng)強(qiáng)不變,油滴所受的電場(chǎng)力不變,則油滴將靜止不動(dòng);再由C知,電容器帶電荷量減小,電容器處于放電狀態(tài),電路中產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流,則電流計(jì)中有NM的電流,故C、D錯(cuò)誤。2.(2019鹽城中學(xué)月考)如圖為某位移式傳感器的原理示意圖,平行金屬板A、B和介質(zhì)P構(gòu)成電容器,則()AA向上移電容器的電容變大BP向左移電容器的電容變大CA向上移流過電阻R的電流方向從N到MDP向左移流過電阻R的電流方向從M到N解析:選D

3、A向上移時(shí),板間距離增大,根據(jù)C,知電容器的電容變小,而電容器板間電壓不變,由C,分析可知電容器的帶電荷量減小,通過R放電,則流過電阻R的電流方向從M到N,A、C錯(cuò)誤;P向左移,r減小,根據(jù)C,知電容器的電容變小,由C,分析可知電容器的帶電荷量減小,通過R放電,則流過電阻R的電流方向從M到N,B錯(cuò)誤,D正確。3(2019徐州調(diào)研)一平行板電容器充電后與電源斷開,負(fù)極板接地,兩板間有一個(gè)正檢驗(yàn)電荷固定在P點(diǎn),如圖所示,以C表示電容器的電容、E表示兩板間的場(chǎng)強(qiáng)、表示P點(diǎn)的電勢(shì),W表示正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能,若正極板保持不動(dòng),將負(fù)極板緩慢向右平移一小段距離l0,則下列關(guān)于各物理量與負(fù)極板移動(dòng)距離x的關(guān)

4、系圖像中正確的是()解析:選C由C知,C與兩極板間距離d成反比,C與x不是線性關(guān)系,A錯(cuò);電容器充電后與電源斷開,電荷量不變,由C、QCU、UEd得E是定值,B錯(cuò);因負(fù)極板接地,電勢(shì)為零,所以P點(diǎn)電勢(shì)為E(Lx),L為P點(diǎn)到負(fù)極板的初始距離,E不變,隨x增大而線性減小,C對(duì);由Wq知W與電勢(shì)變化情況一樣,D錯(cuò)。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)4.真空中某豎直平面內(nèi)存在一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),一質(zhì)量為m的帶電微粒恰好能沿圖示虛線(與水平方向成角)由A向B做直線運(yùn)動(dòng),已知重力加速度為g,微粒的初速度為v0,則()A微粒一定帶正電B微粒一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)C可求出勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度D可求出微粒運(yùn)動(dòng)的

5、加速度解析:選D因微粒在重力和電場(chǎng)力作用下做直線運(yùn)動(dòng),而重力豎直向下,由微粒做直線運(yùn)動(dòng)條件知電場(chǎng)力必水平向左,微粒帶負(fù)電,A錯(cuò);其合外力必與速度反向,大小為F,即微粒一定做勻減速直線運(yùn)動(dòng),加速度為a,B錯(cuò),D對(duì);電場(chǎng)力qEmgcot ,但不知微粒的電荷量,所以無法求出其電場(chǎng)強(qiáng)度,C錯(cuò)。5多選(2019江都月考)如圖所示,平行金屬板A、B間的電勢(shì)差為U,A板帶正電,B板中央有一小孔。一帶正電的微粒,帶電荷量為q,質(zhì)量為m,自孔的正上方距板高h(yuǎn)處自由落下,若微粒恰能落至A、B板的正中央c點(diǎn),則()A微粒在下落過程中動(dòng)能逐漸增加,重力勢(shì)能逐漸減小B微粒下落過程中重力做功為mg,電場(chǎng)力做功為C微粒落入

6、電場(chǎng)中,電勢(shì)能逐漸增大,其增量為D若微粒從距B板高2h處自由下落,則恰好能達(dá)到A板解析:選BCD微粒在下落過程中先做加速運(yùn)動(dòng),后做減速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能先增大,后減?。恢亓σ恢弊稣?,重力勢(shì)能一直減小,故A錯(cuò)誤。微粒下降的高度為h,重力做正功,為WGmg,電場(chǎng)力向上,位移向下,電場(chǎng)力做負(fù)功,WEqqU,故B正確。微粒落入電場(chǎng)中,電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能逐漸增大,其增加量等于微??朔妶?chǎng)力做功EpqU,故C正確。由題微粒恰能落至A、B板的正中央c點(diǎn)過程,由動(dòng)能定理得:mgqU0;若微粒從距B板高2h處自由下落,設(shè)達(dá)到A板的速度為v,則由動(dòng)能定理得:mg(2hd)qUmv2;由聯(lián)立得v0,即恰好能達(dá)到A板,故

7、D正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)6.如圖所示,讓大量的一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子從同一位置經(jīng)過同一加速電場(chǎng)A由靜止開始加速,然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)B中偏轉(zhuǎn)。忽略離子的重力及離子間的相互作用力。下列說法正確的是()A它們始終為一股離子束B它們會(huì)分離為二股離子束C它們會(huì)分離為三股離子束D它們會(huì)分離為無數(shù)股離子束解析:選A離子在電場(chǎng)中加速,根據(jù)動(dòng)能定理U1qmv02;在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),水平方向:Lv0t;豎直方向:yt2;聯(lián)立可得:y,故可知離子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)距離與粒子的電量和質(zhì)量無關(guān),所以三種離子始終為一股離子束,選項(xiàng)A正確。7.(2019鹽城模擬)真空中的某裝置如圖所

8、示,現(xiàn)有質(zhì)子、氘核和粒子都從O點(diǎn)靜止釋放,經(jīng)過相同加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),射出后都打在同一個(gè)與OO垂直的熒光屏上,使熒光屏上出現(xiàn)亮點(diǎn)。已知質(zhì)子、氘核和粒子質(zhì)量之比為124,電荷量之比為112,粒子重力不計(jì)。下列說法中正確的是()A三種粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為211B三種粒子出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度相同C在熒光屏上將只出現(xiàn)1個(gè)亮點(diǎn)D偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)力對(duì)三種粒子做功之比為122解析:選C在加速電場(chǎng)中,根據(jù)動(dòng)能定理得qU1mv020,則進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的速度v0 ,因?yàn)橘|(zhì)子、氘核和粒子的比荷之比為211,則初速度之比為11,在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t,則知時(shí)間之比為1,故A錯(cuò)誤。粒子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),在豎直方向上的分

9、速度vyat,則出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度v ,因?yàn)榱W拥谋群刹煌?,則速度的大小不同,故B錯(cuò)誤。在加速電場(chǎng)中,根據(jù)動(dòng)能定理得qU1mv020,在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中,偏轉(zhuǎn)位移yat2,聯(lián)立得y,可見y與粒子的電荷量和質(zhì)量無關(guān),則粒子的偏轉(zhuǎn)位移相等,熒光屏將只出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn),故C正確。偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)力對(duì)粒子做功WqEy,因?yàn)镋和y相同,電荷量之比為112,則電場(chǎng)力做功之比為112,故D錯(cuò)誤。8多選(2019昆山模擬)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滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)時(shí),電子打在熒光屏上的位置上升B

10、滑動(dòng)觸頭向左移動(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)間不變解析:選BD電子在加速電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)動(dòng)能定理得:eUmv2,則得電子獲得的速度為:v 。電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng),電子在沿極板方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間:t;在平行電場(chǎng)方向做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度a,電子在電場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)的位移yat2。聯(lián)立以上各式得:y,又因?yàn)槠D(zhuǎn)電場(chǎng)方向向下,所以電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中向上偏轉(zhuǎn)。滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)時(shí),加速電壓U變大,由以上可知電子偏轉(zhuǎn)位移變小,因?yàn)殡娮酉蛏掀D(zhuǎn),故在屏上的位置下降,相反,滑

11、動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí),電子打在熒光屏上的位置上升,故A錯(cuò)誤,B正確。偏轉(zhuǎn)電壓U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)殡娮蛹铀佾@得的速度v不變,電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不變,a增大,而電子打在屏上的速度為v,故電子打在屏上的速度增大,故C錯(cuò)誤。電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不變,離開電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng),由于水平速度不變,運(yùn)動(dòng)時(shí)間也不變,所以電子從發(fā)出到打在熒光屏上的時(shí)間不變,故D正確??键c(diǎn)綜合訓(xùn)練9.(2018無錫期末)如圖,真空中豎直放置的兩塊平行金屬板間加上恒定電壓U0,一質(zhì)量為m,電荷量為q的正點(diǎn)電荷A從左板處由靜止釋放,從右板的小孔水平射出后,進(jìn)入一個(gè)兩板水平放置的平

12、行板電容器,進(jìn)入時(shí)點(diǎn)電荷貼著上極板,經(jīng)偏轉(zhuǎn)后從下極板邊緣飛出。已知電容器的電容值為C,極板的間距為d,長(zhǎng)度為kd,兩板間電壓恒定。不計(jì)點(diǎn)電荷的重力,求:(1)正點(diǎn)電荷A進(jìn)入水平放置電容器時(shí)的速度大小;(2)水平放置的電容器極板所帶電荷量大??;(3)A穿過水平放置電容器的過程中電勢(shì)能的增量。解析:(1)A在電場(chǎng)中加速,由動(dòng)能定理:qU0mv02,解得v0 。(2)A在水平放置的電容器中偏轉(zhuǎn),水平方向:kdv0t,豎直方向:dat2,又qma聯(lián)立可解得:UU0極板帶電荷量: QCU所以:QCU0。(3)A穿過水平放置的電容器的過程中,電場(chǎng)力做正功,由(2)得:WqU0由功能關(guān)系得:EqU0。答案:

13、(1) (2)CU0(3)qU010.(2018蘇州八校聯(lián)考)如圖所示,水平放置的平行板電容器,原來兩板不帶電,上極板接地,它的極板長(zhǎng)L0.1 m,兩板間距離d0.4 cm,有一束相同微粒組成的帶正電粒子流從兩板中央平行極板射入,由于重力作用微粒能落到下極板上,微粒所帶電荷立即轉(zhuǎn)移到下極板且均勻分布在下極板上。設(shè)前一微粒落到下極板上時(shí)后一微粒才能開始射入兩極板間。已知微粒質(zhì)量為m2106 kg,電量q1108 C,電容器電容為C106 F。求:(g10 m/s2)(1)為使第一個(gè)粒子能落在下板中點(diǎn),則微粒入射速度v0應(yīng)為多少?(2)以上述速度入射的帶電粒子,最多能有多少落到下極板上?解析:(1

14、)第一個(gè)粒子只受重力:gt2t0.02 s,v02.5 m/s。(2) 以v0速度入射的帶電粒子,恰打到下極板右邊緣時(shí),(3) 有t10.04 s,at12,a由mgqEmaEn600個(gè)。答案:(1)2.5 m/s(2)600個(gè)11.(2018揚(yáng)州模擬)靜電噴漆技術(shù)具有效率高,浪費(fèi)少,質(zhì)量好,有利于工人健康等優(yōu)點(diǎn),其裝置如圖所示。A、B為兩塊平行金屬板,間距d0.40 m,兩板間有方向由B指向A,大小為E1.0103 N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)。在A板的中央放置一個(gè)安全接地的靜電油漆噴槍P,油漆噴槍的半圓形噴嘴可向各個(gè)方向均勻地噴出帶電油漆微粒,油漆微粒的初速度大小均為v02.0 m/s,質(zhì)量m5.01

15、015 kg、帶電量為q2.01016 C。微粒的重力和所受空氣阻力均不計(jì),油漆微粒最后都落在金屬板B上。試求:(1)微粒打在B板上的動(dòng)能;(2)微粒到達(dá)B板所需的最短時(shí)間;(3)微粒最后落在B板上所形成的圖形及面積的大小。解析:(1)電場(chǎng)力對(duì)每個(gè)微粒所做的功為:WqEd2.010161.01030.40 J8.01014 J微粒從A板到B板過程,根據(jù)動(dòng)能定理得 WEktEk0則得:EktWEk0Wmv028.010145.010152.02J9.01014 J。(2)微粒初速度方向垂直于極板時(shí),到達(dá)B板時(shí)間最短。由Ektmvt2得:vt m/s6.0 m/s根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得:所以微粒到達(dá)B板所需的最短時(shí)間為:t s0.1 s。(3)根據(jù)對(duì)稱性可知,微粒最后落在B板上所形成的圖形是圓形。由牛頓第二定律得:a m/s240 m/s2由類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得:Rv0t1dat12則圓形面積為:SR2(v0t1)2v023.142.02 m20.25 m2。答案:(1)9.01014 J(2)0.1 s(3)形成的圖形是圓形0.25 m28

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