2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)第7章靜電場(chǎng)第3講電容器與電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課后作業(yè)含解析

1、第3講電容器與電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間：60分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共10小題，每小題7分，共70分。其中17題為單選，810題為多選)1(2016全國(guó)卷)一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì)，接在恒壓直流電源上。若將云母介質(zhì)移出，則電容器()a極板上的電荷量變大，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大b極板上的電荷量變小，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大c極板上的電荷量變大，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變d極板上的電荷量變小，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變答案d解析平行板電容器電容c，云母介質(zhì)移出，r減小，c減?。挥謈，電源恒壓，即u一定，c減小，故q減小；電場(chǎng)強(qiáng)度e，故e不變，d正確。2(2016天津高考)如圖所示，平行板電容器帶

2、有等量異號(hào)電荷，與靜電計(jì)相連，靜電計(jì)金屬外殼和電容器下極板都接地。在兩極板間有一固定在p點(diǎn)的點(diǎn)電荷，以e表示兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度，ep表示點(diǎn)電荷在p點(diǎn)的電勢(shì)能，表示靜電計(jì)指針的偏角。若保持下極板不動(dòng)，將上極板向下移動(dòng)一小段距離至圖中虛線位置，則()a增大，e增大 b.增大，ep不變c減小，ep增大 d.減小，e不變答案d解析極板移動(dòng)過(guò)程中電荷量q保持不變，靜電計(jì)指針張角變化反映板間電勢(shì)差u的變化，由c和c可知，極板下移，d減小，c增大，u減小，又e，則e不變，ep不變，綜合上述，只有d項(xiàng)正確。3如圖所示，由粒子源發(fā)出的帶正電的粒子經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)a加速后，形成粒子束進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)b中偏轉(zhuǎn)。已知粒

3、子源發(fā)出的粒子中包括有一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子，這些粒子離開(kāi)粒子源時(shí)的初速度可視為零，空氣阻力、粒子的重力及粒子之間的相互作用力均可忽略不計(jì)。下列說(shuō)法正確的是()a它們始終為一股粒子束b它們會(huì)分離為兩股粒子束c它們會(huì)分離為三股粒子束d它們會(huì)分離為無(wú)數(shù)股粒子束答案a解析設(shè)加速電壓為u1，偏轉(zhuǎn)電壓為u2，極板的長(zhǎng)度為l，間距為d，在加速電場(chǎng)中，根據(jù)動(dòng)能定理得：qu1mv，在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，偏轉(zhuǎn)距離yat2，聯(lián)立以上各式得：y，y與帶電粒子的質(zhì)量、電荷量無(wú)關(guān)，則一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)軌跡重合，所以它們始終為一股粒子束，a正確，b、c、d錯(cuò)誤。

4、4.如圖所示，m、n是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板。質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子(不計(jì)重力)以初速度v0由小孔水平射入兩金屬板間，當(dāng)m、n間的電壓為u時(shí)，粒子剛好能到達(dá)n板。如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)m、n兩金屬板中線位置處即返回，則下列措施能滿足要求的是()a.使初速度減小為原來(lái)的b使m、n間的電壓提高為原來(lái)的4倍c使m、n間的電壓加倍d使初速度減小為原來(lái)的，同時(shí)m、n間的電壓加倍答案c解析粒子從進(jìn)入金屬板間到達(dá)n板的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得qed0mv，所以帶電粒子離開(kāi)m板的最遠(yuǎn)距離為d，設(shè)改變條件后帶電粒子離開(kāi)m板的最遠(yuǎn)距離為x，若電壓提高為原來(lái)的2倍，則金屬板間的電場(chǎng)強(qiáng)度也為原來(lái)的2

5、倍，則x，故c正確；結(jié)合上面分析可知，若使初速度減小為原來(lái)的，則x，a錯(cuò)誤；若電壓提高為原來(lái)的4倍，則金屬板間的電場(chǎng)強(qiáng)度也為原來(lái)的4倍，則x，故b錯(cuò)誤；若初速度減小為原來(lái)的，電壓變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則x，d錯(cuò)誤。5(2019天津模擬)如圖所示，平行板電容器板長(zhǎng)和板間距均為l，兩極板分別帶等量異種電荷?，F(xiàn)有兩個(gè)質(zhì)量相同的帶電粒子a和b，分別從緊貼上極板和極板中線位置以相同的初速度垂直于電場(chǎng)強(qiáng)度方向進(jìn)入電場(chǎng)。最終均恰好貼著下極板飛出電場(chǎng)。粒子重力不計(jì)。則()a兩個(gè)粒子的電荷量之比qaqb41b兩個(gè)粒子的電荷量之比qaqb21c兩個(gè)粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度大小之比vavb21d過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)兩個(gè)粒子做功之比

6、wawb21答案b解析a、b粒子均做類平拋運(yùn)動(dòng)，對(duì)a粒子有：lv0ta，lt，對(duì)b粒子有：lv0tb，t，聯(lián)立解得：qaqb21，a錯(cuò)誤，b正確；對(duì)a粒子，由動(dòng)能定理得：waqaelmvmv，對(duì)b粒子，由動(dòng)能定理得：wbqbemvmv，聯(lián)立解得wawb41，因?yàn)椴恢懒Ｗ拥某跛俣葀0，故無(wú)法計(jì)算粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)va和vb的比值，c、d錯(cuò)誤。6(2019重慶模擬)如圖所示，光滑絕緣的半圓形容器處在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電小球在容器邊緣a點(diǎn)由靜止釋放，結(jié)果小球運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)速度剛好為零，ob與水平方向的夾角為60，則下列說(shuō)法正確的是()a小球重力與電場(chǎng)力的關(guān)系是qemgb

7、小球在b點(diǎn)時(shí)，對(duì)圓弧的壓力為mgc小球在a點(diǎn)和b點(diǎn)的加速度大小不同d如果小球帶負(fù)電，從a點(diǎn)由靜止釋放后，也能沿ab圓弧而運(yùn)動(dòng)答案a解析小球從a運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理得mgrsinqer(1cos)0，解得qemg，a正確；小球在b點(diǎn)時(shí)，速度為零，向心力為零，則有：fnmgsinqecosmg，b錯(cuò)誤；在a點(diǎn)，小球所受的合力等于重力，加速度為重力加速度，在b點(diǎn)，小球的合力為feqsin60mgcos60mg，加速度為abg，所以小球在a、b兩點(diǎn)的加速度大小相等，c錯(cuò)誤；如果小球帶負(fù)電，從a點(diǎn)由靜止釋放后，將沿重力和電場(chǎng)力合力方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，d錯(cuò)誤。7(2019北京海淀二模)某同學(xué)按如

8、圖1所示連接電路，利用電壓傳感器研究電容器的放電過(guò)程。先使開(kāi)關(guān)s接1，電容器充電完畢后將開(kāi)關(guān)擲向2，可視為理想電壓表的電壓傳感器將電壓信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電壓隨時(shí)間變化的ut曲線，如圖2所示。電容器的電容c已知，且從圖中可讀出最大放電電壓u0、圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積s、任一點(diǎn)的切線斜率k，但電源電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻、定值電阻r均未知，根據(jù)題目所給的信息，下列物理量不能求出的是()a電容器放出的總電荷量b電阻r兩端的最大電流c定值電阻rd電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻答案d解析qcu0，所以電容器放出的總電荷量可求，即a選項(xiàng)能求出；任一時(shí)刻的電流i與r兩端的電壓滿足uir，因?yàn)閕t圖線與t軸圍成的面積表

9、示總電荷量q，所以u(píng)t圖線與t軸圍成的面積sqr，而qcu0，則r，所以c選項(xiàng)可求；電阻r兩端的最大電流即為電容器剛開(kāi)始放電時(shí)的電流，所以imax，b選項(xiàng)可求；根據(jù)題意只知道電源的電動(dòng)勢(shì)等于電容器充滿電時(shí)兩板間的電壓，也就是剛開(kāi)始放電時(shí)的電壓，即eu0，而電源的內(nèi)電阻無(wú)法求出，所以d選項(xiàng)不能求出。8(2019遼寧大連模擬)如圖所示，在豎直放置的平行金屬板a、b之間加有恒定電壓u，a、b兩板的中央留有小孔o(hù)1、o2，在b板的右側(cè)有平行于極板的勻強(qiáng)電場(chǎng)e，電場(chǎng)范圍足夠大，感光板mn垂直于電場(chǎng)方向固定放置。第一次從小孔o(hù)1處由靜止釋放一個(gè)質(zhì)子，第二次從小孔o(hù)1處由靜止釋放一個(gè)粒子，關(guān)于這兩個(gè)粒子的運(yùn)

10、動(dòng)，下列判斷正確的是()a質(zhì)子和粒子在o2處的速度大小之比為12b質(zhì)子和粒子在整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等c質(zhì)子和粒子打到感光板上時(shí)的動(dòng)能之比為12d質(zhì)子和粒子打到感光板上的位置相同答案cd解析根據(jù)動(dòng)能定理：mv20qu，解得：v，所以質(zhì)子和粒子在o2處的速度大小之比為1，a錯(cuò)誤；在a、b板間：a1，質(zhì)子的加速度大，所以質(zhì)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間短，進(jìn)入豎直電場(chǎng)做類平拋運(yùn)動(dòng)，a2，豎直方向加速度還是質(zhì)子的大，所以質(zhì)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間短，所以質(zhì)子在整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比粒子短，b錯(cuò)誤；對(duì)整個(gè)過(guò)程用動(dòng)能定理，設(shè)o2到mn板的電勢(shì)差為u有：ek0q(uu)，所以末動(dòng)能與電量成正比，所以質(zhì)子和粒子打到感光板上時(shí)的動(dòng)能之比為12

11、，c正確；粒子從o2到mn板，豎直方向：ht2，水平方向：xvt，聯(lián)立解得：x2，所以質(zhì)子和粒子打到感光板上的位置相同，d正確。9.如圖所示，長(zhǎng)為l、傾角為的光滑絕緣斜面固定于靜電場(chǎng)中，一電荷量為q、質(zhì)量為m的小球，以初速度v0由斜面底端的a點(diǎn)開(kāi)始沿斜面上滑，到達(dá)斜面頂端的速度仍為v0，途中小球始終未離開(kāi)斜面，重力加速度為g，則()a小球在b點(diǎn)的電勢(shì)能一定小于小球在a點(diǎn)的電勢(shì)能b小球的電勢(shì)能可能先增大后減小ca、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差一定為d若處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，則該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小一定是答案ab解析小球在斜面上受到重力、支持力和電場(chǎng)力，支持力不做功，小球以速度v0由斜面底端a點(diǎn)沿斜面上滑，到達(dá)頂端b點(diǎn)的速

12、度仍為v0，說(shuō)明電場(chǎng)力做的功和重力做的功之和為零，小球從a點(diǎn)到b點(diǎn)的過(guò)程，重力做負(fù)功，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，故小球在b點(diǎn)的電勢(shì)能一定小于在a點(diǎn)的電勢(shì)能，a正確。小球的電勢(shì)能可能先增大后減小，b正確。由于電場(chǎng)力做的正功和重力做的負(fù)功大小相等，即quwgmglsin，可知a、b兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差u，c錯(cuò)誤。小球在斜面上向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，電場(chǎng)力做的正功和重力做的負(fù)功大小相等，但是不知道電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，因此即使是勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小也不一定為，故d錯(cuò)誤。10(2019河南許昌模擬)如圖甲所示，兩平行金屬板a、b放在真空中，間距為d，p點(diǎn)在a、b板間，a板接地，b板的電勢(shì)隨時(shí)間t的變化情況如圖乙所示，t

13、0時(shí)，在p點(diǎn)由靜止釋放一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子，當(dāng)t2t時(shí)，電子回到p點(diǎn)。電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中未與極板相碰，不計(jì)重力，則下列說(shuō)法正確的是()a1212b1213c在02t時(shí)間內(nèi)，當(dāng)tt時(shí)電子的動(dòng)能最大d在02t時(shí)間內(nèi)，電子的動(dòng)能增大了答案bd解析0t時(shí)間內(nèi)平行板間的電場(chǎng)強(qiáng)度為：e1，電子以加速度a1向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t的位移為：x1a1t2，速度為：v1a1t，t2t時(shí)間內(nèi)平行板間電場(chǎng)強(qiáng)度為：e2，加速度大小為：a2，電子以v1的速度向上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，位移為：x2v1ta2t2，由題意知t2t時(shí)刻電子回到p點(diǎn)，則有：x1x20，聯(lián)立可得：231，a錯(cuò)誤，b正確；依據(jù)電場(chǎng)力做正功最

14、多，電勢(shì)能最小，而0t時(shí)間內(nèi)電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，t2t時(shí)間內(nèi)先做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，后反向勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)tt時(shí)電子的動(dòng)能為ek1mv，電子在t2t時(shí)刻回到p點(diǎn)，此時(shí)速度為：v2v1a2t(負(fù)號(hào)表示方向向下)，電子的動(dòng)能為：ekmv，所以當(dāng)t2t時(shí)電子的動(dòng)能最大，c錯(cuò)誤，d正確。二、非選擇題(本題共2小題，共30分)11.(12分)如圖，在豎直平面內(nèi)存在豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。長(zhǎng)度為l的輕質(zhì)絕緣細(xì)繩一端固定在o點(diǎn)，另一端連接一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))，初始時(shí)小球靜止在電場(chǎng)中的a點(diǎn)，此時(shí)細(xì)繩拉力為2mg，g為重力加速度。(1)求電場(chǎng)強(qiáng)度e和a、o兩點(diǎn)的電勢(shì)差u；(2)若小球在a點(diǎn)獲得

15、一水平初速度va4，使其在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，求小球運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)細(xì)繩拉力f的大小。答案(1)，方向豎直向上(2)6mg解析(1)小球在a點(diǎn)時(shí)，根據(jù)題意有關(guān)系式qemg2mg，得e，方向豎直向上。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有uoael，則a、o兩點(diǎn)電勢(shì)差uuoa。(2)小球從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，設(shè)到b點(diǎn)速度大小為vb，由動(dòng)能定理得qe2lmg2lmvmv，小球做圓周運(yùn)動(dòng)通過(guò)b點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律得fqemgm，已知va4，聯(lián)立可得f6mg。12(18分)如圖甲所示，熱電子由陰極飛出時(shí)的初速度忽略不計(jì)，電子發(fā)射裝置的加速電壓為u0，電容器極板長(zhǎng)l10 cm，極板間距d10 cm，下極板接地，電容器右端到熒光屏的距離也是l10 cm，在電容器兩極板間接一交變電壓，上極板與下極板的電勢(shì)差隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示。每個(gè)電子穿過(guò)極板的時(shí)間都極短，可以認(rèn)為電子穿過(guò)極板的過(guò)程中電壓是不變的。求：(1)在t0.06 s時(shí)刻，電子打在熒光屏上的何處；(2)熒光屏上有電子打到的區(qū)間長(zhǎng)度。答案(1)13.5 cm(2)30 cm解析(1)設(shè)電子經(jīng)電壓u0加速后的速度為v0，根據(jù)動(dòng)能定理得：eu0mv設(shè)電容器間偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為e，則有：e設(shè)電子經(jīng)