2020高考物理一輪總復(fù)習(xí) 課時(shí)沖關(guān)二十六 電容器與電容 帶電粒子在電場中的運(yùn)動（含解析）新人教版

電容器與電容帶電粒子在電場中的運(yùn)動 A級基礎(chǔ)練1如圖所示，一帶電小球懸掛在豎直放置的平行板電容器內(nèi)，當(dāng)開關(guān)S閉合，小球靜止時(shí)，懸線與豎直方向的夾角為，則( )A當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，若減小平行板間的距離，則夾角增大B當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，若增大平行板間的距離，則夾角增大C當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，若減小平行板間的距離，則夾角增大D當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，若減小平行板間的距離，則夾角減小解析：C帶電小球在電容器中處于平衡時(shí)，由平衡條件有tan ，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電容器兩極板上的電荷量Q不變，由C，U，E可知E，故增大或減小兩極板間的距離d，電容器兩極板間的電場強(qiáng)度不變，不變，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，因?yàn)閮蓸O板間的電壓U不變，由E可知，減小兩極板間的距離d，E增大，變大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤2如圖所示，平行板電容器上極板帶正電，從上極板的端點(diǎn)A點(diǎn)釋放一個(gè)帶電荷量為Q(Q0)的粒子，粒子重力不計(jì)，以水平初速度v0向右射出，當(dāng)它的水平速度與豎直速度的大小之比為12時(shí)，恰好從下端點(diǎn)B射出，則d與L之比為( )A12B21C11 D13解析：C設(shè)粒子從A到B的時(shí)間為t，粒子在B點(diǎn)時(shí)，豎直方向的分速度為vy，由類平拋運(yùn)動的規(guī)律可得Lv0t，dt，又v0vy12，可得dL11，選項(xiàng)C正確3(多選)將平行板電容器兩極板之間的距離、電壓、電場強(qiáng)度大小和極板所帶的電荷量分別用d、U、E和Q表示下列說法正確的是( )A保持U不變，將d變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則E變?yōu)樵瓉淼囊话隑保持E不變，將d變?yōu)樵瓉淼囊话?，則U變?yōu)樵瓉淼膬杀禖保持d不變，將Q變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑒tU變?yōu)樵瓉淼囊话隓保持d不變，將Q變?yōu)樵瓉淼囊话耄瑒tE變?yōu)樵瓉淼囊话虢馕觯篈D由E可知，若保持U不變，將d變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則E變?yōu)樵瓉淼囊话耄珹項(xiàng)正確；若保持E不變，將d變?yōu)樵瓉淼囊话?，則U變?yōu)樵瓉淼囊话?，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由C，C，E，可得U，E，所以，保持d不變，若Q變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則U變?yōu)樵瓉淼膬杀叮珻項(xiàng)錯(cuò)誤；保持d不變，若Q變?yōu)樵瓉淼囊话耄瑒tE變?yōu)樵瓉淼囊话?，D項(xiàng)正確4如圖所示，電容器極板間有一可移動的電介質(zhì)板，介質(zhì)與被測物體相連，電容器接入電路后，通過極板上物理量的變化可確定被測物體的位置，則下列說法中正確的是( )A若電容器極板間的電壓不變，x變大，電容器極板上帶電荷量增加B若電容器極板上帶電荷量不變，x變小，電容器極板間電壓變大C若電容器極板間的電壓不變，x變大，有電流流向電容器的正極板D若電容器極板間的電壓不變，x變大，有電流流向電容器的負(fù)極板解析：D若x變大，則由C，可知電容器電容減小，在極板間的電壓不變的情況下，由QCU知電容器帶電荷量減少，此時(shí)帶正電荷的極板得到電子，帶負(fù)電荷的極板失去電子，所以有電流流向負(fù)極板，A、C錯(cuò)誤，D正確若電容器極板上帶電荷量不變，x變小，則電容器電容增大，由U可知，電容器極板間電壓減小，B錯(cuò)誤5(2018·江蘇卷)如圖所示，水平金屬板A、B分別與電源兩極相連，帶電油滴處于靜止?fàn)顟B(tài)現(xiàn)將B板右端向下移動一小段距離，兩金屬板表面仍均為等勢面，則該油滴()A仍然保持靜止B豎直向下運(yùn)動C向左下方運(yùn)動 D向右下方運(yùn)動解析：D開始時(shí)，油滴受力如圖甲所示靜電力F與重力mg平衡當(dāng)將B板右端向下移動一小段距離后，A、B板間電場線變成曲線，原因是A、B板仍為等勢面，電場線與等勢面垂直，則油滴受的電場力F與mg不在一條直線上(如圖乙所示)又因?yàn)檎龑γ娣e變小，電容變小由C知，在電壓不變的情況下，Q變小，則兩板間電場減弱，F(xiàn)F，故F與mg的合力斜向右下方，即油滴將向右下方運(yùn)動6反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團(tuán)在電場中的振蕩來產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過程類似如圖所示，在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個(gè)勻強(qiáng)電場，一帶電微粒從A點(diǎn)由靜止開始，在電場力作用下沿直線在A、B兩點(diǎn)間往返運(yùn)動已知電場強(qiáng)度的大小分別是E12.0×103N/C和E24.0×103N/C，方向如圖所示帶電微粒質(zhì)量m1.0×1020kg、帶電荷量q1.0×109C，A點(diǎn)距虛線MN的距離d11.0 cm，不計(jì)帶電微粒的重力，忽略相對論效應(yīng)求：(1)B點(diǎn)到虛線MN的距離d2；(2)帶電微粒從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間t.解析：(1)帶電微粒由A運(yùn)動到B的過程中，由動能定理有|q|E1d1|q|E2d20，E1d1E2d2，解得d20.50 cm.(2)設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)的加速度大小分別為a1、a2，由牛頓第二定律有|q|E1ma1，|q|E2ma2，設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)運(yùn)動的時(shí)間分別為t1、t2，由運(yùn)動學(xué)公式有d1a1t，d2a2t.又tt1t2，代入數(shù)據(jù)，聯(lián)立解得t1.5×108 s.答案：(1)0.50 cm(2)1.5×108 sB級能力練7(2019·山東泰安一模)帶等量異種電荷的金屬板M、N平行正對水平放置，間距為d，M板中心有一小孔(小孔對電場的影響可忽略不計(jì))一帶電微粒從距離M板上方高d處的P點(diǎn)由靜止開始下落，穿過M板的小孔后剛好到達(dá)N板處的Q點(diǎn)(但未觸及N板)而返回不計(jì)空氣阻力，忽略金屬板正對部分之外的電場現(xiàn)將M板向上平移的距離，再讓原帶電微粒從P點(diǎn)由靜止開始下落則微粒的運(yùn)動情況為()A落到N板上B到達(dá)與N板相距d就返回C到達(dá)與N板相距就返回D仍剛好到達(dá)Q點(diǎn)而返回解析：B平行板電容器電容C，由U及E可知，E，當(dāng)兩板間距離變化時(shí)，電場強(qiáng)度不變M板移動前，對帶電粒子下落過程應(yīng)用動能定理得mg·2dEq·d0，M板移動后，設(shè)粒子在板間運(yùn)動的距離為x時(shí)，速度為零，則有mgEqx0，兩式聯(lián)立解得x，可知該點(diǎn)與N板的距離為d，B正確8如圖所示，在勻強(qiáng)電場中有四條間距均為d的平行等勢線1、2、3、4，各條線上的電勢分別為0、0、20、30；有一個(gè)帶電粒子，質(zhì)量為m(不計(jì)重力)，電荷量為q，從A點(diǎn)與等勢線4成角以初速度v0射入電場中，到達(dá)等勢線2上的B點(diǎn)時(shí)，速度方向恰好水平向左，則勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度的大小為()A.B.C. D.解析：A帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做類斜拋運(yùn)動，水平方向做速度為vxv0cos 的勻速直線運(yùn)動，豎直方向做初速度為vyv0sin ，加速度為a的勻減速直線運(yùn)動，對運(yùn)動過程應(yīng)用動能定理有Eq·2dmvmv，解得E，A正確9(2019·廣東中山一中等七校聯(lián)考)如圖所示，水平放置的平行板電容器，兩極板間距為d，帶負(fù)電的微粒質(zhì)量為m、帶電荷量為q，它從上極板的邊緣以初速度v0射入，沿直線從下極板N的邊緣射出，則()A微粒的加速度不為零B微粒的電勢能減少了mgdC兩極板間的電勢差為DM板的電勢低于N板的電勢解析：C由題分析可知，微粒做勻速直線運(yùn)動，加速度為零，故A錯(cuò)誤重力做功mgd，微粒的重力勢能減小，動能不變，根據(jù)能量守恒定律可知，微粒的電勢能增加了mgd，故B錯(cuò)誤由上可知微粒的電勢能增加量Emgd，又EqU，得到兩極板間的電勢差U，故C正確由題可判斷出電場力方向豎直向上，微粒帶負(fù)電，則電場強(qiáng)度方向豎直向下，M板的電勢高于N板的電勢，故D錯(cuò)誤10(2018·全國卷)(多選)如圖，一平行板電容器連接在直流電源上，電容器的極板水平；兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號相反，使它們分別靜止于電容器的上、下極板附近，與極板距離相等現(xiàn)同時(shí)釋放a、b，它們由靜止開始運(yùn)動在隨后的某時(shí)刻t，a、b經(jīng)過電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面a、b間的相互作用和重力可忽略下列說法正確的是()Aa的質(zhì)量比b的大B在t時(shí)刻，a的動能比b的大C在t時(shí)刻，a和b的電勢能相等D在t時(shí)刻，a和b的動量大小相等解析：BD由題意，a、b所受電場力相同，而xaxb，tatb，qa為正、qb為負(fù)，所以，由運(yùn)動學(xué)知識可知mamb；由動能定理WFEk可得：EkaEkb；由動量定理Ftp可得：papb；由電場中電勢分布可知，ab，而電勢能Epq，所以t時(shí)刻電勢能不相同，故B、D項(xiàng)正確，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤11(多選)如圖所示，美國物理學(xué)家密立根通過研究平行板間懸浮不動的帶電油滴，準(zhǔn)確地測定了電子的電荷量平行板電容器兩極板與電壓為U的恒定電源兩極相連，板間距為d，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電油滴在極板間靜止不動，則()A此時(shí)極板間的電場強(qiáng)度EB油滴帶電荷量qC減小極板間電壓，油滴將向下加速運(yùn)動D將下極板向下緩慢移動一小段距離，油滴將向上加速運(yùn)動解析：AC由E知A正確；帶電油滴靜止，則mgEqq，解得q，B錯(cuò)誤；減小兩板的電壓，電場強(qiáng)度減小，則mg>Eq，油滴將向下加速運(yùn)動，C正確；將下極板向下移動一小段距離，板間距離增大，電場強(qiáng)度減小，油滴將向下加速運(yùn)動，D錯(cuò)誤12(2019·山西省重點(diǎn)中學(xué)高三聯(lián)合考試)如圖所示為一多級加速器模型，一質(zhì)量為m1.0×103 kg、電荷量為q8.0×105 C的帶正電小球(可視為質(zhì)點(diǎn))通過1、2級無初速度地進(jìn)入第3級加速電場，之后沿位于軸心的光滑淺槽，經(jīng)過多級加速后從A點(diǎn)水平拋出，恰好能從MN板的中心小孔B垂直金屬板進(jìn)入兩板間，A點(diǎn)在MN板左端M點(diǎn)正上方，傾斜平行金屬板MN、PQ的長度均為L1.0 m，金屬板與水平方向的夾角為37°，sin 37°0.6，cos 37°0.8，重力加速度g取10 m/s2.(1)求A點(diǎn)到M點(diǎn)的高度以及多級加速電場的總電壓U；(2)若該平行金屬板間有圖示方向的勻強(qiáng)電場，且電場強(qiáng)度大小E100 V/m，要使帶電小球不打在PQ板上，則兩板間的距離d至少要多長？解析：(1)設(shè)小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)動時(shí)間為t1，小球的初速度為v0，A點(diǎn)到M點(diǎn)的高度為y則有tan cos v0t1ysin gt聯(lián)立式并代入數(shù)據(jù)解得v0 m/s，y m帶電小球在多級加速器加速的過程，根據(jù)動能定理有qUmv0代入數(shù)據(jù)解得U18.75 V(2)進(jìn)入電場時(shí)，以沿板向下為x軸正方向和垂直于板向下為y軸正方向建立直角坐標(biāo)系，將重力正交分解，則沿y軸方向有Fymgcos qE0沿x軸方向有Fxmgsin 故小球進(jìn)入電場后做類平拋運(yùn)動，設(shè)剛好從P點(diǎn)離開，則有Fxmaatdmin t2聯(lián)立式并代入數(shù)據(jù)解得dmin m即兩板間的距離d至少為 m.答案：(1) m18.75 V(2) m8