2019高考物理二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題突破-電場(chǎng)及帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)有解析

2019高考物理二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題突破--電場(chǎng)及帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（有解析）［限訓(xùn)練？通高考］科學(xué)設(shè)題拿下高考高分（45分鐘）一、單項(xiàng)選擇題1.（2016?高考全國(guó)卷田）關(guān)于靜電場(chǎng)的等勢(shì)面，下列說(shuō)法正確的是（）A.兩個(gè)電勢(shì)不同的等勢(shì)面可能相交B.電場(chǎng)線與等勢(shì)面處處相互垂直C.同一等勢(shì)面上各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度一定相等D.將一負(fù)的試探電荷從電勢(shì)較高的等勢(shì)面移至電勢(shì)較低的等勢(shì)面，電場(chǎng)力做正功解析：在靜電場(chǎng)中，兩個(gè)電勢(shì)不同的等勢(shì)面不會(huì)相交，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電場(chǎng)線與等勢(shì)面一定相互垂直，選項(xiàng)B正確；同一等勢(shì)面上的電場(chǎng)強(qiáng)度可能相等，也可能不相等，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電場(chǎng)線總是由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面，移動(dòng)負(fù)試探電荷時(shí)，電場(chǎng)力做負(fù)功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案：B2.（2018?河北定州第三次月考）如圖，勻強(qiáng)電場(chǎng)中的點(diǎn)A、B、CDE、F、GH為立方體的8個(gè)頂點(diǎn).已知GF、B、D點(diǎn)的電勢(shì)分別為8V、3V、2V、4V,則A點(diǎn)的電勢(shì)為（）A.1VB.-1VC.2VD.3V解析：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，由公式U=Ed知，沿著任意兩平行方向前進(jìn)相同距離，電勢(shì)差必定相等，由于GF/ZCB且GF=CR則有0G-0F=0C—0B,代入數(shù)據(jù)解得0C=0G-0F+?B=8V-3V+2V=7V,同理，?A—?B=?D-?C,解得?A=（|）B+（|）D—（|）C=2V+4V-7V=-1V,故B正確.答案：B3.（2018?高考天津卷）如圖所示，實(shí)線表示某電場(chǎng)的電場(chǎng)線（方向未標(biāo)出），虛線是一帶負(fù)電的粒子只在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)M點(diǎn)和N點(diǎn)的電勢(shì)分別為0M0N,粒子在M和N時(shí)加速度大小分別為aMaN,速度大小分別為vMvN,電勢(shì)能分別為EpMEpN.下歹U判斷正確的是（）A.vM<vNaM<aNBvM<vN6M<）NC.?M/N,EpMvEpID.aM<aNEpMvEpNS析：由粒子的軌跡知電場(chǎng)力的方向偏向右，因粒子帶負(fù)電，故電場(chǎng)線方向偏向左，由沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，可知0N<。MEpMvEpN.N：電場(chǎng)線比M點(diǎn)密，故場(chǎng)強(qiáng)EM<EN由加速度a=Eqm^口aM<aN粒子若從N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能增加，故vM>vN綜上所述，選項(xiàng)D正確.答案：D4.（2018?山東荷澤一中高三質(zhì)檢）如圖為靜電除塵機(jī)原理示意圖，廢氣先經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)械過(guò)濾裝置再進(jìn)入靜電除塵區(qū)，帶負(fù)電的塵埃在電場(chǎng)力的作用下向集塵極遷移并沉積，以達(dá)到除塵目的，圖中虛線為電場(chǎng)線（方向未標(biāo)）.不考慮塵埃在遷移過(guò)程中的相互作用和電荷量的變化，則（）A.電場(chǎng)線方向由放電極指向集塵極B.圖中A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)C.塵埃在遷移過(guò)程中做勻變速運(yùn)動(dòng)D.塵埃在遷移過(guò)程中電勢(shì)能減小解析：根據(jù)題意可知帶負(fù)電的塵埃在電場(chǎng)力的作用下向集塵極遷移，則知集塵極帶正電荷，是正極，所以電場(chǎng)線方向由集塵極指向放電極，故A錯(cuò)誤；集塵極帶正電荷，A點(diǎn)更靠近放電極，所以圖中A點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn)電勢(shì)，故B錯(cuò)誤；由圖可知放電極與集塵極間為非勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以塵埃所受的電場(chǎng)力是變化的，塵埃不可能做勻變速運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤；帶電塵埃所受的電場(chǎng)力方向與位移方向相同，電場(chǎng)力做正功，所以在遷移過(guò)程中電勢(shì)能減小，故D正確.答案：D5.（2018?河北定州中學(xué)第三次月考）如圖所示，三條平行等間距的虛線表示電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面，電勢(shì)值分別為10V、20V、30V,實(shí)線是一帶電粒子（不計(jì)重力）在該區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b、c是軌跡上的三個(gè)點(diǎn).下列說(shuō)法正確的是（）A.粒子在三點(diǎn)的電勢(shì)能大小關(guān)系為Epc<Epa<EpbB粒子在三點(diǎn)所受的電場(chǎng)力不相等C.粒子必先過(guò)a,再到b,然后到cD.粒子在三點(diǎn)所具有的動(dòng)能大小關(guān)系為Ekb>Eka>Ekc解析：由題圖可知，電場(chǎng)的方向是向上的，而粒子受力是向下的，故粒子帶負(fù)電，而帶負(fù)電的粒子無(wú)論是依次沿a、b、c運(yùn)動(dòng)，還是依次沿c、b、a運(yùn)動(dòng)，都會(huì)得到如圖的軌跡，故C錯(cuò)誤.粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有電場(chǎng)力做功，故電勢(shì)能與動(dòng)能之和是恒定不變的，帶負(fù)電的粒子在b點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能最大，在c點(diǎn)的電勢(shì)能最小，則可判斷帶電粒子在c點(diǎn)的動(dòng)能最大，在b點(diǎn)的動(dòng)能最小，故A正確，D錯(cuò)誤.因表示電場(chǎng)中三個(gè)等勢(shì)面的三條虛線是平行且等間距的，由此可判斷電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以帶電粒子在電場(chǎng)中各點(diǎn)受到的電場(chǎng)力相等，故B錯(cuò)誤.答案：A6.如圖所示，無(wú)限大均勻帶正電的薄板豎直放置，其周?chē)臻g的電場(chǎng)可認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng).光滑絕緣細(xì)管垂直穿過(guò)板中間小孔，一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的帶負(fù)電小球在細(xì)管內(nèi)運(yùn)動(dòng).以小孔為原點(diǎn)建立x軸，規(guī)定x軸正方向?yàn)榧铀俣萢和速度v的正方向，下圖分別表示x軸上各點(diǎn)的電勢(shì)。、小球的加速度a、速度v和動(dòng)能Ek隨x變化的圖象，其中正確的是（）解析：在x<0范圍內(nèi)，當(dāng)x增大時(shí)，由電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，且U=Ed,可知電勢(shì)差均勻增大，0x圖線應(yīng)為向上傾斜的直線；在x>0范圍內(nèi)，當(dāng)x增大時(shí)，同理可知電勢(shì)差均勻減小，。x圖線應(yīng)為向下傾斜的直線，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.在x<0范圍內(nèi)，電場(chǎng)力向右，加速度向右，為正值；在x>0范圍內(nèi)，電場(chǎng)力向左，加速度向左，為負(fù)值，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.在x<0范圍內(nèi)，根據(jù)動(dòng)能定理得qEx=12mv2vx圖象中的圖線應(yīng)是曲線；同理，在x>0范圍內(nèi)，圖線也為曲線，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.在x<0范圍內(nèi)，根據(jù)動(dòng)能定理得qEx=Ek,Ekx圖象中的圖線應(yīng)是傾斜的直線；同理，在x>0范圍內(nèi)，圖線也為傾斜的直線，選項(xiàng)D正確.答案：D二、多項(xiàng)選擇題7.（2018?高考全國(guó)卷I）圖中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)電場(chǎng)內(nèi)間距相等的一組等勢(shì)面，已知平面b上的電勢(shì)為2V.一電子經(jīng)過(guò)a時(shí)的動(dòng)能為10eV,從a到d的過(guò)程中克服電場(chǎng)力所做的功為6eV.下列說(shuō)法正確的是（）A.平面c上的電勢(shì)為零B.該電子可能到達(dá)不了平面fC.該電子經(jīng)過(guò)平面d時(shí)，其電勢(shì)能為4eVD.該電子經(jīng)過(guò)平面b時(shí)的速率是經(jīng)過(guò)d時(shí)的2倍解析：因等勢(shì)面間距相等，由U=Ed得相鄰虛線之間電勢(shì)差相等，由a至Ud,eUad=-6eV,故Uad=6V,各虛線電勢(shì)如圖所示，因電場(chǎng)力做負(fù)功，故電場(chǎng)方向向右，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，?c=0,A對(duì).因電子的速度方向未知，若不垂直于等勢(shì)面，如圖中實(shí)線所示，電子可能到達(dá)不了平面f,B對(duì).經(jīng)過(guò)d時(shí)，電勢(shì)能Ep=e（|）d=2eV,C錯(cuò).由a到b,Wab=Ekb—Eka=-2eV,所以Ekb=8eV,由a至Ud,Wad=Ekd-Eka=-6eV,所以Ekd=4eV,則Ekb=2Ekd,根據(jù)Ek=12mv2知vb=2vd,D錯(cuò).答案：AB8.如圖所示，空間某區(qū)域存在著非勻強(qiáng)電場(chǎng)，實(shí)線表示該電場(chǎng)的電場(chǎng)線，過(guò)。點(diǎn)的虛線MN!示該電場(chǎng)的一個(gè)等勢(shì)面，兩個(gè)相同的帶正電的粒子P、Q分別從AB兩點(diǎn)以相同的初速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，速度方向垂直于MNAB連線與MN￥行，且都能從MN&側(cè)經(jīng)過(guò)。點(diǎn).設(shè)粒子P、Q在A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)能分別為Ep1和Ep2,經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)的速度大小分別為v1和v2.粒子的重力不計(jì)，則（）A.v1>v2B,v1<v2C.Ep1<Ep2D.Ep1>Ep2解析：由題意知兩個(gè)相同的帶正電粒子P、Q分別從A、B兩點(diǎn)以相同的初速度運(yùn)動(dòng)，且都能從MNfe側(cè)經(jīng)過(guò)。點(diǎn)，電場(chǎng)力對(duì)兩個(gè)粒子都做正功，再由電場(chǎng)線和等勢(shì)面的垂直關(guān)系以及沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低，可知B點(diǎn)的電勢(shì)0B高于A點(diǎn)的電勢(shì)0A,B點(diǎn)與O點(diǎn)的電勢(shì)差大于A點(diǎn)與O點(diǎn)的電勢(shì)差，對(duì)兩個(gè)粒子分別運(yùn)用動(dòng)能定理有qU=12m（v2—v20）,而UBO>UAOST知兩個(gè)粒子經(jīng)過(guò)。點(diǎn)時(shí)的速度v1<v2,則選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；再由電勢(shì)能公式Ep=q。，知Ep1<Ep2則選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤.答案：BC9.（2018?四川成者B實(shí)驗(yàn)中學(xué)理綜測(cè)試）現(xiàn)有兩個(gè)點(diǎn)電荷A和B,它們電荷量分別為+Q和—Qa為AB連線的中點(diǎn)，b與a關(guān)于B對(duì)稱(chēng)，它們都在一條直線上，如圖所示.把一個(gè)帶正電的試探電荷從a沿直線移到b的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A.電場(chǎng)力對(duì)試探電荷一直做正功B.電場(chǎng)力對(duì)試探電荷先做正功后做負(fù)功C.試探電荷受到的電場(chǎng)力一直增大D.試探電荷受到的電場(chǎng)力先增大后減小解析：等量異號(hào)電荷的電場(chǎng)線分布如圖所示，正電荷由a移到b的過(guò)程中受力沿電場(chǎng)線方向，則由圖可知，由a向B電荷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力向右，故電場(chǎng)力做正功；而在由B向b方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力向左，故電場(chǎng)力做負(fù)功，故A錯(cuò)誤，B正確.由圖可知，由a到b過(guò)程中，電場(chǎng)強(qiáng)度先增大后減小，故試探電荷受到的電場(chǎng)力先增大后減小，故C錯(cuò)誤，D正確.答案：BD10.如圖所示，水平放置的平行板電容器，上板帶負(fù)電，下板帶正電，斷開(kāi)電源后一帶電小球以速度v0水平射入電場(chǎng)，且沿下板邊緣飛出.若下板不動(dòng)，將上板上移一小段距離，小球仍以相同的速度v0從原處飛入，則帶電小球（）A.將打在下板中央B.仍沿原軌跡由下板邊緣飛出C.不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿直線運(yùn)動(dòng)D.若上板不動(dòng)，將下板上移一段距離，小球可能打在下板的中央解析：將電容器上板向上移動(dòng)一段距離，電容器所帶的電荷量Q不變，由于E=Ud=QCd=4兀kQerS可知，當(dāng)d增大時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)E不變，以相同的速度入射的小球仍按原來(lái)的軌跡運(yùn)動(dòng)，故B正確，A、C錯(cuò)誤.若上板不動(dòng)，將下板上移一段距離時(shí)，板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變，粒子所受的電場(chǎng)力不變，粒子軌跡不變，小球可能打在下板的中央，故D正確.答案：BD三、非選擇題11.如圖所示，豎直平行正對(duì)放置的帶電金屬板AB,B板中心的小孔(未畫(huà)出)正好位于平面直角坐標(biāo)系xOy的O點(diǎn)，y軸沿豎直方向，在x>0的區(qū)域內(nèi)存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E=43X103V/m,比荷為1.0X105C/kg的帶正電的粒子P從A板中心O'處由靜止釋放，其運(yùn)動(dòng)軌跡恰好經(jīng)過(guò)M(3m,1m)點(diǎn).粒子P的重力不計(jì).(1)求金屬板A、B之間的電勢(shì)差UAB(2)若在粒子P經(jīng)過(guò)。點(diǎn)的同時(shí)，在y軸右側(cè)勻強(qiáng)電場(chǎng)中某點(diǎn)由靜止釋放另一帶電粒子Q使P、Q恰能在運(yùn)動(dòng)中相碰.假設(shè)Q的質(zhì)量是P的質(zhì)量的2倍，帶電情況與P相同，Q的重力及P、Q之間的相互作用力均忽略不計(jì)，求粒子Q所有釋放點(diǎn)的集合.解析：(1)設(shè)粒子P的質(zhì)量為m帶電荷量為q,從。點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)的速度大小為v0.由題意可知，粒子P在y軸右側(cè)勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng).設(shè)該粒子從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M(3m,1m)點(diǎn)所用時(shí)間為t0,由類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得xM=v0t0,yM=12qEmt2Q解得v0=2X104m/s.在金屬板A、B之間，由動(dòng)能定理得qUAB=12mv20解得UAB=1000V.(2)設(shè)P、Q在右側(cè)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度分別為a1、a2,粒子Q從坐標(biāo)N(x、y)點(diǎn)釋放后，經(jīng)時(shí)間t與粒子P相遇.由牛頓運(yùn)動(dòng)定律及類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和幾何關(guān)系可得對(duì)于P有Eq=ma1對(duì)于Q有Eq=2ma2x=v0t12a1t2=y+12a2t2聯(lián)立以上各式解得y=16x2,其中x>0即粒子Q的釋放點(diǎn)N(x,y)的坐標(biāo)滿(mǎn)足方程y=16x2(x>0).答案:(1)1000V(2)y=16x2(x>0)12.如圖所示，開(kāi)有小孔的平行板水平放置，兩極板接在電壓大小可調(diào)的電源上，用噴霧器將油滴噴注在小孔上方.已知兩極板間距為d,油滴密度為p,電子電荷量為e,重力加速度為g,油滴視為球體，油滴運(yùn)動(dòng)時(shí)所受空氣的粘滯阻力大小Ff=6兀刀rv(r為油滴半徑、刀為粘滯系數(shù)，且均為已知量)，油滴所帶電荷量是電子電荷量的整數(shù)倍，噴出的油滴均相同，不考慮油滴間的相互作用.(1)當(dāng)電壓調(diào)到U時(shí)，可以使帶電的油滴在板間懸?。划?dāng)電壓調(diào)到U2時(shí)，油滴能在板間以速度v勻速豎直下行.求油滴所帶電子的個(gè)數(shù)n及油滴勻速下行的速度v;(2)當(dāng)油滴進(jìn)入小孔時(shí)與另一油滴粘連在一起形成一個(gè)大油滴，以速度v1(已知)豎直向下進(jìn)入小孔，為防止碰到下極板，需調(diào)整電壓，使其減速運(yùn)行，若將電壓調(diào)到2U,大油滴運(yùn)動(dòng)到下極板處剛好速度為零，求大油滴運(yùn)動(dòng)到下極板處時(shí)的加速度及這一過(guò)程粘滯阻力對(duì)大油滴所做的功.解析：(1)油滴靜止時(shí)，電場(chǎng)力與重力平衡，有qUd=mg勻速下降時(shí)，有qU2d