全國近三年高考物理沖刺演練及分類解析-【考點14】 電容器帶 電粒子在勻強電場中

【考點14】電容器帶電粒子在勻強電場中的運動1.(2022廣東理基13)電容器是一種常用的電子元件。對電容器認識正確的是 A．電容器的電容表示其儲存電荷能力 B．電容器的電容與它所帶的電量正比 C．電容器的電容與它兩極板間的電壓成正比 D．電容的常用單位有μF和pF，1μF=108pF2.(2022廣東物理6)平行板間加如圖4（a）所示周期變化的電壓，重力不計的帶電粒子靜止在平行板中央，從t=0時刻開始將其釋放，運動過程無碰板情況.圖4（b）中，能定性描述粒子運動的速度圖象正確的是3.(2022寧夏理綜18)兩個質(zhì)量相同的小球用不可伸長的細線連結(jié)，置于場強為E的勻強電場中。小球1和2均帶正電，電量分別為q1和q2（）。將細線拉直并使之與電場方向平行，如圖所示。若將兩小球同時從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，則釋放后細線中的張力T為（不計重力及兩小球間的庫侖力）球1球2EA．球1球2EB．C． D．4.(2022寧夏理綜21)勻強電場中的三點A、B、C是一個三角形的三個頂點，AB的長度為1m，D為AB的中點，如圖所示。已知電場線的方向平行于所在平面，A、B、C三點的電勢分別為14V、6V和2V。設(shè)場強大小為E，一電量為的正電荷從D點移到C點電場力所做的功為W，則ABCDA．ABCDB．C． D．5.(2022海南物理6)P題5圖一平行板電容器中存在勻強電場，電場沿豎直方向。兩個比荷（即粒子的電荷量與質(zhì)量之比）不同的帶正電的粒子a和b，從電容器邊緣的P點（如圖）以相同的水平速度射入兩平行板之間。測得a和b與電容器極板的撞擊點到入射點之間的水平距離之比為。若不計重力，則a和bP題5圖A． B．C． D．6.(2022廣東理基3)關(guān)于電容器的電容C、電壓U和所帶電荷量Q之間的關(guān)系，以下說法正確的是C由U確定 B．C由Q確定 C．C一定時，Q與U成正比 D．C一定時，Q與U成反比7.(2022廣東理基16)空間存在豎直向上的勻強電場，質(zhì)量為m的帶正電的微粒水平射入電場中，微料的運動軌跡如圖6所示。在相等的時間間隔內(nèi) A．重力做的功相等 B．電場力做的功相等 C．電場力做的功大于重力做的功 D．電場力做的功小于重力做的功8.(2022寧夏理綜21)如圖所示，C為中間插有電介質(zhì)的電容器，a和b為其兩極板；a板接地；P和Q為兩豎直放置的平行金屬板，在兩板間用絕緣線懸掛一帶電小球；P板與b板用導(dǎo)線相連，Q板接地。開始時懸線靜止在豎直方向，在b板帶電后，懸線偏轉(zhuǎn)了角度a。在以下方法中，能使懸線的偏角a變大的是 A．縮小a、b間的距離 B．加大a、b間的距離C．取出a、b兩極板間的電介質(zhì) D．換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì)9.(2022海南物理4)靜電場中，帶電粒子在電場力作用下從電勢為φa的a點運動至電勢為φb的b點．若帶電粒子在a、b兩點的速率分別為va、vb，不計重力，則帶電粒子的比荷q/m，為 A． B． C． D．10.(2022廣東物理19)（17分）如圖16所示，沿水平方向放置一條平直光滑槽，它垂直穿過開有小孔的兩平行薄板，板相距3.5L，槽內(nèi)有兩個質(zhì)量均為m的小球A和B，球A帶電量+2q，球B帶電量為－3q，兩球由長為2L的輕桿相連，組成一帶電系統(tǒng)。最初A和B分別靜止于左板的兩側(cè)，離板的距離均為L。若視小球為質(zhì)點，不計輕桿的質(zhì)量，在兩板間加上與槽平行向右的勻強電場E后（設(shè)槽和輕桿由特殊絕緣材料制成，不影響電場的分布），求：（1）球B剛進入電場時，帶電系統(tǒng)的速度大??；（2）帶電系統(tǒng)從開始運動到速度第一次為零所需的時間及球A相對右板的位置。ABMNEθ11．（2022四川理綜，24，19分）如圖所示，一根長L＝1.5m的光滑絕緣細直桿MN，豎直固定在場強為E＝×105N/C、與水平方向成θ＝30°角的傾斜向上的勻強電場中。桿的下端M固定一個帶電小球A，電荷量Q＝+×10－6C；另一帶電小球B穿在桿上可自由滑動，電荷量q＝+×10一6C，質(zhì)量m＝×10一2kg?，F(xiàn)將小球B從桿的上端N靜止釋放，小球B開始運動。（靜電力常量k＝×109N·m2／CABMNEθ⑴小球B開始運動時的加速度為多大？⑵小球B的速度最大時，距M端的高度h1為多大？⑶小球B從N端運動到距M端的高度h2＝0.6lm時，速度為v＝1.0m/s，求此過程中小球B的電勢能改變了多少？12．（2022四川理綜，20）如圖所示，粗糙程度均勻的絕緣斜面下方O點處有一正點電荷，帶負電的小物體以初速度v1從M點沿斜面上滑，到達N點時速度為零，然后下滑回到M點，此時速度為v2（v2＜v1）。若小物體電荷量保持不變，OM＝ON，則（）A．小物體上升的最大高度為B．從N到M的過程中，小物體的電勢能逐漸減小C．從M到N的過程中，電場力對小物體先做負功后做正功D．從N到M的過程中，小物體受到的摩擦力和電場力均是先增大后減小13．（2022廣東卷，6）如圖3所示，在一個粗糙水平面上，彼此靠近地放置兩個帶同種電荷的小物塊。由靜止釋放后，兩個物塊向相反方向運動，并最終停止。在物塊的運動過程中，下列表述正確的是A．兩個物塊的電勢能逐漸減少B．物塊受到的庫侖力不做功C．兩個物塊的機械能守恒D.物塊受到的摩擦力始終小于其受到的庫侖力14.（2022福建理綜，15）如圖所示，平行板電容器與電動勢為E的直流電源（內(nèi)阻不計）連接，下極板接地。一帶電油滴位于容器中的P點且恰好處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離A．帶點油滴將沿豎直方向向上運動B．P點的電勢將降低C．帶點油滴的電勢將減少D．若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大15．（2022天津理綜，5）如圖所示，帶等量異號電荷的兩平行金屬板在真空中水平放置，M、N為板間同一電場線上的兩點，一帶電粒子（不計重力）以速度vM經(jīng)過M點在電場線上向下運動，且未與下板接觸，一段時間后，粒子以速度vN折回N點。則A.粒子受電場力的方向一定由M指向NB.粒子在M點的速度一定比在N點的大C.粒子在M點的電勢能一定比在N點的大D.電場中M點的電勢一定高于N點的電勢16.(2022浙江理綜，23，14分)如圖所示，相距為d的平行金屬板A、B豎直放置，在兩板之間水平放置一絕緣平板。有一質(zhì)量m、電荷量q（q>0）的小物塊在與金屬板A相距l(xiāng)處靜止。若某一時刻在金屬板A、B間加一電壓，小物塊與金屬板只發(fā)生了一次碰撞，碰撞后電荷量變?yōu)閝，并以與碰前大小相等的速度反方向彈回。已知小物塊與絕緣平板間的動摩擦因素為μ，若不計小物塊電荷量對電場的影響和碰撞時間。則（1）小物塊與金屬板A碰撞前瞬間的速度大小是多少？（2）小物塊碰撞后經(jīng)過多長時間停止運動？停在何位置？17．（2022安徽理綜卷，23，16分）如圖所示，勻強電場方向沿軸的正方向，場強為。在點有一個靜止的中性微粒，由于內(nèi)部作用，某一時刻突然分裂成兩個質(zhì)量均為的帶電微粒，其中電荷量為的微粒1沿軸負方向運動，經(jīng)過一段時間到達點。不計重力和分裂后兩微粒間的作用。試求（1）分裂時兩個微粒各自的速度；（2）當(dāng)微粒1到達（點時，電場力對微粒1做功的瞬間功率；（3）當(dāng)微粒1到達（點時，兩微粒間的距離。18.（2022福建卷，21.19分）如圖甲，在水平地面上固定一傾角為θ的光滑絕緣斜面，斜面處于電場強度大小為E、方向沿斜面向下的勻強電場中。一勁度系數(shù)為k的絕緣輕質(zhì)彈簧的一端固定在斜面底端，整根彈簧處于自然狀態(tài)。一質(zhì)量為m、帶電量為q（q>0）的滑塊從距離彈簧上端為s0處靜止釋放，滑塊在運動過程中電量保持不變，設(shè)滑塊與彈簧接觸過程沒有機械能損失，彈簧始終處在彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為g。（1）求滑塊從靜止釋放到與彈簧上端接觸瞬間所經(jīng)歷的時間t1（2）若滑塊在沿斜面向下運動的整個過程中最大速度大小為vm，求滑塊從靜止釋放到速度大小為vm過程中彈簧的彈力所做的功W；（3）從滑塊靜止釋放瞬間開始計時，請在乙圖中畫出滑塊在沿斜面向下運動的整個過程中速度與時間關(guān)系v-t圖象。圖中橫坐標(biāo)軸上的t1、t2及t3分別表示滑塊第一次與彈簧上端接觸、第一次速度達到最大值及第一次速度減為零的時刻，縱坐標(biāo)軸上的v1為滑塊在t1時刻的速度大小，vm是題中所指的物理量。（本小題不要求寫出計算過程）19．（2022重慶理綜，24，9分）飛行時間質(zhì)譜儀可通過測量離子飛行時間得到離子的荷質(zhì)比q/m，如圖1。帶正電的離子經(jīng)電壓為U的電場加速后進入長度為L的真空管AB，可測得離子飛越AB所用時間t1。改進以上方法，如圖2，讓離子飛越AB后進入場強為E（方向如圖）的勻強電場區(qū)域BC，在電場的作用下離子返回B端，此時，測得離子從A出發(fā)后飛行的總時間t2，（不計離子重力）⑴忽略離子源中離子的初速度，①用t1計算荷質(zhì)比；②用t2計算荷質(zhì)比。⑵離子源中相同荷質(zhì)比離子的初速度不盡相同，設(shè)兩個荷質(zhì)比都為q/m的離子在A端的速度分別為v和v/（v≠v/），在改進后的方法中，它們飛行的總時間通常不同，存在時間差Δt，可通過調(diào)節(jié)電場E使Δt＝0。求此時E的大小。LLBAUO真空管離子源圖1LLBAU真空管離子源圖2CE高考真題答案與解析 物理 【考點14】電容器帶電粒子在勻強電場中的運動1．【答案】A【解析】是電容的定義式，不是決定式，故C與Q、U無關(guān)，B、C錯.1μF=106pF，D錯.電容是表示電容器儲存電荷的能力的，A選項正確.2．【答案】A【解析】時間內(nèi)粒子做初速零的勻加速直線運動.時間內(nèi)做加速度恒定的勻減直線運動，由對稱可知，在T時速度減為零.此后周期性重復(fù)，故A對.3．【答案】A【解析】先整體：，再隔離小球2：，故選A.4．【答案】A【解析】因電場是勻強電場，D是AB的中點，故D的電勢=10V.所以J.設(shè)E的方向與的夾角為，否則等勢面與AB垂直，C點電勢就會高于B點電勢.由可知：，則V/m，故A正確.5．【答案】D【解析】設(shè)電場強度為E，則帶電粒子受到的電場力為Eq，帶電粒子在電場中做類平拋運動，則由所以撞出點到入射點的水平距離又因6．【答案】C【解析】電容器的電容C由電容器本身的構(gòu)造決定，與板間電壓U、帶電荷量Q均無關(guān)，故A、B均錯.由，故C正確、D錯.7．【答案】C【解析】由題意可知，微粒在豎直方向上做勻速運動，在相等時間間隔內(nèi)，位移不等，A、B錯.由軌跡可知，微粒所含合外力向上，電場力大于重力.在同一時間間隔內(nèi)電場力做的功大于重力做的功，C對，D錯.8．【答案】BC【解析】由題意可得角增大可知PQ間場強增大，由U=Ed知UPQ增大；由Q=CU知P、Q板電荷一定減少；由Q=CU，知電容器C電容一定減?。挥?，知A錯，B對，C對，D錯.9．【答案】C【解析】由動能定理及電場力做功公式解得，故只有C正確.10．【答案】（1）（2）【解析】對帶電系統(tǒng)進行分析，假設(shè)球A能達到右極板，電場力對系統(tǒng)做功為W1，有由此可判定，球A不僅能達到右極板，而且還能穿過小孔，離開右極板.①假設(shè)球B能達到右極板，電場力對系統(tǒng)做功為W2，有：由此可判定，球B不能達到右極板.綜上所述，帶電系統(tǒng)速度第一次為零時，球A、B應(yīng)分別在右極板兩側(cè).②（1）帶電系統(tǒng)開始運動時，設(shè)加速度為a1，由牛頓第二定律：③球B剛進入電場時，帶電系統(tǒng)的速度為a2，由牛頓第二定律：⑧顯然，帶電系統(tǒng)做勻減速運動，設(shè)球A剛達到右極板時的速度為v2，減速所需時間為t2，則有⑨⑩求得eq\o\ac(○,11)球A離開電場后，帶電系統(tǒng)繼續(xù)做減速運動，設(shè)加速度為a3，再由牛頓第二定律：eq\o\ac(○,12)設(shè)球A從離開電場到靜止時所需時間為t3，運動的位移為x，則有eq\o\ac(○,13)eq\o\ac(○,14)求得eq\o\ac(○,15)由⑦（11）（15）可知，帶電系統(tǒng)從靜止到速度第一次為零所需的時間為eq\o\ac(○,16)球A相對右板的位置為eq\o\ac(○,17)11．【解析】⑴開始運動時小球B受重力、庫侖力、桿的彈力和電場力，沿桿方向運動，由牛頓第二定律得：解得：代人數(shù)據(jù)解得：a＝3.2m/s2⑵小球B速度最大時合力為零，即解得：代人數(shù)據(jù)解得：h1＝0.9m⑶小球B從開始運動到速度為v的過程中，設(shè)重力做功為W1，電場力做功為W2，庫侖力做功為W3，根據(jù)動能定理有：解得：設(shè)小球B的電勢能改變了△Ep，則：解得：12．【答案】AD【解析】設(shè)斜面傾角為θ、上升過程沿斜面運動的最大距離為L。因為OM＝ON，則MN兩點電勢相等，小物體從M到N、從N到M電場力做功均為0。上滑和下滑經(jīng)過同一個位置時，垂直斜面方向上電場力的分力相等，則經(jīng)過相等的一小段位移在上滑和下滑過程中電場力分力對應(yīng)的摩擦力所作的功均為相等的負功，所以上滑和下滑過程克服電場力產(chǎn)生的摩擦力所作的功相等、并設(shè)為W1。在上滑和下滑過程，對小物體，應(yīng)用動能定理分別有：－mgsinθL－μmgcosθL－W1＝－和mgsinθL－μmgcosθL－W1＝，上兩式相減可得sinθL＝，A對；由OM＝ON，可知電場力對小物體先作正功后作負功，電勢能先減小后增大，BC錯；從N到M的過程中，小物體受到的電場力垂直斜面的分力先增大后減小，而重力分力不變，則摩擦力先增大后減小，在此過程中小物體到O的距離先減小后增大，根據(jù)庫侖定律可知小物體受到的電場力先增大后減小，D對。13．【答案】A【解析】由于兩電荷電性相同，則二者之間的作用力為斥力，因此在遠離過程中，電場力做正功，則電勢能逐漸減少，A正確；B錯誤；由于運動過程中，有重力以外的力電場力和摩擦力做功，故機械能不守恒，C錯誤；在遠離過程中開始電場力大于摩擦力，后來電場力小于摩擦力。14.【答案】B【解析】電容器兩端電壓U不變，由公式，場強變小，電場力變小，帶點油滴將沿豎直方向向下運動，A錯；P到下極板距離d不變，而強場E減小，由公式U=Ed知P與正極板的電勢差變小，又因為下極板電勢不變，所以P點的電勢變小，B對；由于電場力向上，而電場方向向下，可以推斷油滴帶負電，又P點的電勢降低，所以油滴的電勢能增大，C錯；圖中電容器兩端電壓U不變,電容C減小時由公式Q=CU，帶電量減小，D錯15．【答案】B【解析】由于帶電粒子未與下板接觸，可知粒子向下做的是減速運動，故電場力向上，A錯；粒子由M到N電場力做負功電勢能增加，動能減少，速度增加，故B對C錯；由于粒子和兩極板所帶電荷的電性未知，故不能判斷M、N點電勢的高低，C錯。16.【答案】（1）；（2）時間為，停在處或距離B板為【解析】本題考查電場中的動力學(xué)問題（1）加電壓后，B極板電勢高于A板，小物塊在電場力作用與摩擦力共同作用下向A板做勻加速直線運動。電場強度為小物塊所受的電場力與摩擦力方向相反，則合外力為故小物塊運動的加速度為設(shè)小物塊與A板相碰時的速度為v1，由解得（2）小物塊與A板相碰后以v1大小相等的速度反彈，因為電荷量及電性改變，電場力大小與方向發(fā)生變化，摩擦力的方向發(fā)生改變，小物塊所受的合外力大小為加速度大小為設(shè)小物塊碰后到停止的時間為t，注意到末速度為零，有解得設(shè)小物塊碰后停止時距離為，注意到末速度為零，有則或距離B板為17．【答案】（1），方向