2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第六章 第3講 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 新人教版.doc

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2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第六章 第3講 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 新人教版 1．有一只電容器的規(guī)格是“1.5 μF,9 V”，那么(　　)． A．這只電容器上的電荷量不能超過(guò)1.510－5 C B．這只電容器上的電荷量不能超過(guò)1.3510－5 C C．這只電容器的額定電壓為9 V D．這只電容器的擊穿電壓為9 V 解析　9 V為電容器的額定電壓(或工作電壓)，故C正確；正常工作時(shí)的帶電荷量Q＝CU＝1.510－69 C＝1.3510－5 C，B正確． 答案　BC 2．如圖1甲所示，一條電場(chǎng)線與Ox軸重合，取O點(diǎn)電勢(shì)為零，Ox方向上各點(diǎn)的電勢(shì)φ隨x變化的情況如圖乙所示．若在O點(diǎn)由靜止釋放一電子，電子僅受電場(chǎng)力的作用，則(　　) 圖1 A．電子一直沿Ox負(fù)方向運(yùn)動(dòng) B．電場(chǎng)力一直做正功 C．電子運(yùn)動(dòng)的加速度逐漸增大 D．電子的電勢(shì)能逐漸增大 解析 由電勢(shì)－位移圖象可知，電勢(shì)隨位移均勻增加，相同位移間的電勢(shì)差相同，電場(chǎng)強(qiáng)度恒定，電子運(yùn)動(dòng)的加速度恒定，C不正確；沿Ox軸方向電勢(shì)增大，電場(chǎng)線方向與Ox軸負(fù)方向重合，電子受沿Ox軸正方向的電場(chǎng)力，且沿Ox軸正方向運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，A不正確、B正確；由功能關(guān)系，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，D不正確． 答案 B 3．如圖2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，下極板接地．一帶電油滴位于容器中的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動(dòng)一小段距離，則(　　) 圖2 A．帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng) B．P點(diǎn)的電勢(shì)將降低 C．帶電油滴的電勢(shì)能將減少 D．若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大 解析 上極板向上移動(dòng)一小段距離后，板間電壓不變，故電場(chǎng)強(qiáng)度將減小，油滴所受電場(chǎng)力減小，故油滴將向下運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)；P點(diǎn)的電勢(shì)大于0，且P點(diǎn)與下極板間的電勢(shì)差減小，所以P點(diǎn)的油滴向下運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)減小，B對(duì)；油滴向下運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做負(fù)功，油滴的電勢(shì)能增加，C錯(cuò)；電容器的電容C＝，由于d增大，電容C減小，極板帶電量Q＝CU將減小，D錯(cuò)． 答案 B 4．如圖3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，軌道半徑為R，A、B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)于帶電小球的運(yùn)動(dòng)情況，下列說(shuō)法正確的是(　　)． 圖3 A．小球一定能從B點(diǎn)離開(kāi)軌道 B．小球在AC部分可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng) C．若小球能從B點(diǎn)離開(kāi)，上升的高度一定小于H D．小球到達(dá)C點(diǎn)的速度可能為零 解析　本題考查學(xué)生對(duì)復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題、功能關(guān)系、圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)綜合運(yùn)用分析的能力．若電場(chǎng)力大于重力，則小球有可能不從B點(diǎn)離開(kāi)軌道，A錯(cuò)．若電場(chǎng)力等于重力，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，B正確．因電場(chǎng)力做負(fù)功，有機(jī)械能損失，上升的高度一定小于H，C正確．由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)可知若小球到達(dá)C點(diǎn)的速度為零，則在此之前就已脫軌了，D錯(cuò)． 答案　BC 5．如圖4所示，A、B兩金屬板平行放置，在t＝0時(shí)將電子從A板附近由靜止釋放(電子的重力忽略不計(jì))．分別在A、B兩板間加上下列哪種電壓時(shí)，有可能使電子到不了B板(　　)． 圖4 解析　加A圖電壓，電子從A板開(kāi)始向B板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)；加B圖電壓，電子開(kāi)始向B板做勻加速運(yùn)動(dòng)，再做加速度大小相同的勻減速運(yùn)動(dòng)，速度減為零后做反向勻加速運(yùn)動(dòng)及勻減速運(yùn)動(dòng)，由對(duì)稱性可知，電子將做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以電子有可能到不了B板；加C圖電壓，電子先勻加速，再勻減速到靜止，完成一個(gè)周期，所以電子一直向B板運(yùn)動(dòng)，即電子一定能到達(dá)B板；加D圖電壓，電子的運(yùn)動(dòng)與C圖情形相同，只是加速度變化，所以電子也一直向B板運(yùn)動(dòng)，即電子一定能到達(dá)B板．綜上所述可知選項(xiàng)B正確． 答案　B 6．如圖5所示，用長(zhǎng)L＝0.50 m的絕緣輕質(zhì)細(xì)線，把一個(gè)質(zhì)量m＝1.0 g帶電小球懸掛在均勻帶等量異種電荷的平行金屬板之間，平行金屬板間的距離d＝5.0 cm，兩板間電壓U＝1.0103 V．靜止時(shí)，絕緣細(xì)線偏離豎直方向θ角，小球偏離豎直線的距離a＝1.0 cm.取g＝10 m/s2.則下列說(shuō)法正確的是(　　)． 圖5 A．兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為2.0104 V/m B．小球帶的電荷量為1.010－8 C C．若細(xì)線突然被剪斷，小球在板間將做類平拋運(yùn)動(dòng) D．若細(xì)線突然被剪斷，小球在板間將做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 解析　設(shè)兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，根據(jù)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)差的關(guān)系得E＝＝ V/m＝2.0104 V/m，A項(xiàng)正確；小球靜止時(shí)受力平衡，由平衡條件得qE＝mgtan θ，解得q＝.因?yàn)棣冉呛苄。詔an θ≈sin θ＝＝，解得q＝1.010－8 C，B項(xiàng)正確；細(xì)線剪斷時(shí)，由于小球受到重力和電場(chǎng)力的合力為恒力，且小球初速度為零，故小球做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)、D項(xiàng)正確． 答案　ABD 7．如圖6所示，有三個(gè)質(zhì)量相等，分別帶正電、負(fù)電和不帶電的質(zhì)點(diǎn)，由兩水平極板正中，以相同的初速度v0，先后垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)射入，并分別落在負(fù)極板上甲、乙、丙三處，可以判定(　　)． 圖6 A．甲處質(zhì)點(diǎn)帶正電，乙處質(zhì)點(diǎn)不帶電，丙處質(zhì)點(diǎn)帶負(fù)電 B．三個(gè)質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等 C．三個(gè)質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中的加速度a甲>a乙>a丙 D．三個(gè)質(zhì)點(diǎn)到達(dá)負(fù)極板的動(dòng)能E丙>E乙>E甲 解析　三個(gè)質(zhì)點(diǎn)均做類平拋運(yùn)動(dòng)，它們?cè)谒椒较蛏系姆诌\(yùn)動(dòng)相同，都是以初速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上均做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，但它們下落的加速度不同，不帶電的質(zhì)點(diǎn)的加速度大小等于g，帶正電質(zhì)點(diǎn)的加速度大于g，帶負(fù)電質(zhì)點(diǎn)的加速度小于g，下落高度相同，下落時(shí)間與加速度大小有關(guān)，根據(jù)公式h＝at2可得t＝ ，可見(jiàn)，加速度越小，下落時(shí)間越長(zhǎng)，所以t負(fù)>t不帶電>t正，又因?yàn)樗鼈兊乃轿灰苮＝v0t，所以x負(fù)>x不帶電>x正，選項(xiàng)A、C正確，B錯(cuò)誤；因?yàn)槿齻€(gè)質(zhì)點(diǎn)到達(dá)負(fù)極板的過(guò)程中，電場(chǎng)力對(duì)帶正電質(zhì)點(diǎn)做正功，機(jī)械能增大，對(duì)帶負(fù)電質(zhì)點(diǎn)做負(fù)功，機(jī)械能減小，對(duì)不帶電質(zhì)點(diǎn)不做功，機(jī)械能不變，所以它們的動(dòng)能E甲>E乙>E丙，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案　AC 8．在真空中水平放置一對(duì)金屬板，兩板間的電壓為U，一個(gè)電子以水平速度v0沿兩板中線射入電場(chǎng)，忽略電子所受的重力．電子在電場(chǎng)中的豎直偏移距離為Y，當(dāng)只改變偏轉(zhuǎn)電壓U(或只改變初速度v0)時(shí)，下列圖象哪個(gè)能正確描述Y的變化規(guī)律(　　) A．①③ B．②③ C．③④ D．①④ 解析 由帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)知，在Y方向上，Y＝at2＝(其中l(wèi)為板長(zhǎng)，d為板間距離)Y正比于U，反比于v(即正比于)．當(dāng)U過(guò)大或過(guò)大時(shí)，電子會(huì)打在極板上，不再出來(lái)，Y就不隨U或的增加而變大了，綜上可知選項(xiàng)B正確． 答案 B 9．板間距為d的平行板電容器所帶電荷量為Q時(shí)，兩極板間的電勢(shì)差為U1，板間場(chǎng)強(qiáng)為E1，電容器的電容為C1.現(xiàn)將電容器所帶電荷量變?yōu)?Q，板間距變?yōu)?，其他條件不變，這時(shí)兩極板間電勢(shì)差為U2，板間場(chǎng)強(qiáng)為E2，電容器電容為C2，下列說(shuō)法正確的是(　　)． A．C2＝3C1，U2＝U1 B．C2＝3C1，E2＝4E1 C．U2＝U1，E2＝3E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1 解析　當(dāng)電容器所帶電荷量為Q，板間距為d時(shí)，電容器電容C1＝，U1＝＝，E1＝＝；當(dāng)電荷量變?yōu)?Q，板間距變?yōu)闀r(shí)，電容器電容C2＝＝3C1，U2＝＝＝U1，E2＝＝＝3E1，選項(xiàng)A、C正確． 答案　AC 10．在一個(gè)水平面上建立x軸，在過(guò)原點(diǎn)O右側(cè)空間有一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E＝6105 N/C，方向與x軸正方向相同，在O處放一個(gè)電荷量q＝510－8C、質(zhì)量m＝0.010 kg的帶負(fù)電絕緣物塊．物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，沿x軸正方向給物塊一個(gè)初速度v0＝2 m/s，如圖7所示，求：(g取10 m/s2)　 圖7 (1)物塊最終停止時(shí)的位置； (2)物塊在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過(guò)程的機(jī)械能增量． 解析　(1)第一個(gè)過(guò)程：物塊向右做勻減速運(yùn)動(dòng)到速度為零． Ff＝μmg＝0.02 N，F(xiàn)＝qE＝0.03 N， Ff＋F＝ma,2as1＝v， 代入數(shù)值s1＝0.4 m， 第二個(gè)過(guò)程：物塊向左做勻加速運(yùn)動(dòng)， 離開(kāi)電場(chǎng)后再做勻減速運(yùn)動(dòng)直到停止． 由動(dòng)能定理得：Fs1－Ff(s1＋s2)＝0 得s2＝0.2 m，則物塊停止在原點(diǎn)O左側(cè)0.2 m處． (2)物塊在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過(guò)程的機(jī)械能增量 ΔE＝Wf＝－2μmgs1＝－0.016 J. 答案　(1)原點(diǎn)O左側(cè)0.2 m處　(2)－0.016 J 11．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(chǎng)中的振蕩來(lái)產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過(guò)程類似．如圖8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(chǎng)，一帶電微粒從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始，在電場(chǎng)力作用下沿直線在A、B兩點(diǎn)間往返運(yùn)動(dòng)．已知電場(chǎng)強(qiáng)度的大小分別是E1＝2.0103 N/C和E2＝4.0103 N/C，方向如圖所示．帶電微粒質(zhì)量m＝1.010－20 kg，帶電荷量q＝－1.010－9 C，A點(diǎn)距虛線MN的距離d1＝1.0 cm，不計(jì)帶電微粒的重力，忽略相對(duì)論效應(yīng)．求： 圖8 (1)B點(diǎn)距虛線MN的距離d2； (2)帶電微粒從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)到B的過(guò)程中，由動(dòng)能定理有 |q|E1d1－|q|E2d2＝0① 由①式解得d2＝d1＝0.50 cm.② (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|E1＝ma1③ |q|E2＝ma2④ 設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為t1、t2，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有 d1＝a1t⑤ d2＝a2t⑥ 又t＝t1＋t2⑦ 由②③④⑤⑥⑦式解得t＝1.510－8 s. 答案 (1)0.50 cm　(2)1.510－8 s 12．一平行板電容器長(zhǎng)l＝10 cm，寬a＝8 cm，板間距d＝4 cm，在板左側(cè)有一足夠長(zhǎng)的“狹縫”離子源，沿著兩板中心平面，連續(xù)不斷地向整個(gè)電容器射入離子，它們的比荷均為21010 C/kg，速度均為4106 m/s，距板右端l/2處有一屏，如圖5甲所示，如果在平行板電容器的兩極板間接上如圖乙所示9的交流電，由于離子在電容器中運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間遠(yuǎn)小于交流電的周期，故離子通過(guò)電場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)．試求： 圖9 (1)離子打在屏上的區(qū)域面積； (2)在一個(gè)周期內(nèi)，離子打到屏上的時(shí)間． 解析　(1)設(shè)離子恰好從極板邊緣射出時(shí)極板兩端的電壓為U0， 水平方向：l＝v0t ① 豎直方向：＝at2 ② 又a＝ ③ 由①②③得U0＝＝128 V 即當(dāng)U≥128 V時(shí)離子打到極板上，當(dāng)U<128 V時(shí)離子打到屏上， 利用推論：打到屏上的離子好像是從極板中心沿直線射到屏上，由此可得：＝， 解得y＝d， 又由對(duì)稱性知，打到屏上的總長(zhǎng)度為2d 則離子打到屏上的區(qū)域面積為S＝2da＝64 cm2. (2)在前T，離子打到屏上的時(shí)間： t0＝0.005 s＝0.003 2 s， 又由對(duì)稱性知，在一個(gè)周期內(nèi)，打到屏上的總時(shí)間 t＝4t0＝0.012 8 s. 答案　(1)64 cm2　(2)0.012 8 s