(課標(biāo)版)高考物理二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題三 電場(chǎng)與磁場(chǎng) 第10講 選擇題對(duì)“電容器、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)”的考查限時(shí)練(含解析)-人教版高三全冊(cè)物理試題_第1頁(yè)
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選擇題對(duì)“電容器、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)”的考查[A組基礎(chǔ)小題練熟練快]1.(2019·天津和平區(qū)期末)如圖所示,平行板電容器的兩個(gè)極板與水平地面成一角度,兩極板與一穩(wěn)壓電源相連,若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線(xiàn)通過(guò)電容器,則在此過(guò)程中該粒子()A.所受重力與電場(chǎng)力平衡B.電勢(shì)能逐漸增加C.機(jī)械能逐漸減小D.做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)解析:帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力與重力,根據(jù)題意可知,粒子做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力必定垂直極板向上,若由左向右運(yùn)動(dòng),則電場(chǎng)力與重力的合力必定與速度方向反向,粒子做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);若由右向左運(yùn)動(dòng),則電場(chǎng)力與重力的合力與速度方向相同,做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤,D正確.電場(chǎng)力垂直于極板向上,若粒子從左向右運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增加;若粒子從右向左運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小,故B錯(cuò)誤.因重力不做功,當(dāng)電場(chǎng)力做負(fù)功時(shí),電勢(shì)能增加,導(dǎo)致動(dòng)能減小,此時(shí)機(jī)械能減??;當(dāng)電場(chǎng)力做正功時(shí),動(dòng)能增加,此時(shí)機(jī)械能增加,故C錯(cuò)誤.答案:D2.(2019·西北師大附中模擬)如圖所示,平行板電容器充電后與電源斷開(kāi),正極板接地,兩板間有一個(gè)帶負(fù)電的試探電荷固定在P點(diǎn).靜電計(jì)的金屬球與電容器的負(fù)極板連接,外殼接地.以E表示兩板間的場(chǎng)強(qiáng),φ表示P點(diǎn)的電勢(shì),Ep表示該試探電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能,θ表示靜電計(jì)指針的偏角.若保持負(fù)極板不動(dòng),將正極板緩慢向右平移一小段距離(靜電計(jì)帶電荷量可忽略不計(jì)),各物理量變化情況描述正確的是()A.E增大,φ降低,Ep減小,θ增大B.E不變,φ降低,Ep增大,θ減小C.E不變,φ升高,Ep減小,θ減小D.E減小,φ升高,Ep減小,θ減小解析:將正極板適當(dāng)向右水平移動(dòng),兩板間的距離減小,根據(jù)電容的決定式C=eq\f(εrS,4πkd)可知,電容C增大,因平行板電容器充電后與電源斷開(kāi),則電容器的電荷量Q不變,由C=eq\f(Q,U)得知,板間電壓U減小,因此夾角θ減?。辉僖罁?jù)板間場(chǎng)強(qiáng)E=eq\f(U,d)=eq\f(Q,Cd)=eq\f(4πkQ,εrS),知E不變;P點(diǎn)到正極板距離減小,且正極板接地,由公式U=Ed得知,則P點(diǎn)的電勢(shì)增加;負(fù)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能減小,故C正確.答案:C3.(2019·四川名校聯(lián)考)一電子(不計(jì)重力)恰能在兩固定的等量正點(diǎn)電荷連線(xiàn)的中垂面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則以下判斷中正確的是()A.該電子受到的電場(chǎng)力是恒力B.該電子受到的電場(chǎng)力一定不做功C.該電子的軌道半徑越大,軌道處的電場(chǎng)強(qiáng)度越大D.該電子的軌道半徑越小,軌道處的電勢(shì)越低解析:由于電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),兩等量的正電荷對(duì)其的電場(chǎng)力的合力提供向心力,可知該電子受到的電場(chǎng)力的合力大小不變,但是方向時(shí)刻改變,其方向時(shí)刻與速度方向垂直,則該電子受到的電場(chǎng)力一定不做功,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;由于等量正點(diǎn)電荷連線(xiàn)的中垂面上場(chǎng)強(qiáng)先增大后減小,則當(dāng)電子的軌道半徑越大,其軌道處的電場(chǎng)強(qiáng)度可能越大,也可能越小,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;該電子的軌道半徑越小,距離正電荷越近,可知軌道處的電勢(shì)越高,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:B4.(多選)(2019·山東煙臺(tái)一模)在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一帶電顆粒以速度v從a點(diǎn)水平向右拋出,不計(jì)空氣阻力,顆粒運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)速度大小仍為v,方向豎直向下.已知顆粒的質(zhì)量為m,電荷量為q,重力加速度為g,則顆粒從a運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程中()A.做勻變速運(yùn)動(dòng)B.速率先增大后減小C.電勢(shì)能增加了eq\f(1,2)mv2D.a(chǎn)點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)低eq\f(mv2,q)解析:小球受到的重力和電場(chǎng)力是恒力,所以小球做的是勻變速運(yùn)動(dòng),故A正確;根據(jù)平行四邊形定則知,電場(chǎng)力和重力的合力斜向左下方,由合力與速度的夾角可知,顆粒從a運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程中速率先減小后增大,故B錯(cuò)誤;在平行于電場(chǎng)方向,小球的動(dòng)能減小量為ΔEk=eq\f(1,2)mv2,減小的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為了小球的電勢(shì)能,所以小球電勢(shì)能增加了eq\f(1,2)mv2,故C正確;在平行于電場(chǎng)方向有qUab=0-eq\f(1,2)mv2,解得Uab=-eq\f(mv2,2q),所以a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)低eq\f(mv2,2q),故D錯(cuò)誤.答案:AC5.(多選)(2019·山西太原五中二模)如圖所示,平行板電容器與直流電源、理想二極管(正向通電時(shí)可以理解為短路,反向通電時(shí)可理解為斷路)連接,電源正極接地.初始電容器不帶電,閉合開(kāi)關(guān),電路穩(wěn)定后,一帶電油滴位于電容器中的P點(diǎn)且處于靜止?fàn)顟B(tài).下列說(shuō)法正確的是()A.上極板上移,帶電油滴向下運(yùn)動(dòng)B.上極板上移,P點(diǎn)電勢(shì)降低C.上極板下移,帶電油滴向下運(yùn)動(dòng)D.上極板下移,P點(diǎn)電勢(shì)升高解析:將上極板向上移動(dòng),d變大,由C=eq\f(εrS,4πkd)可知,C變小,而U不變,要放電,由于二極管具有單向?qū)щ娦裕娙萜鞑荒芊烹?,由E=eq\f(4πkQ,εrS)可知電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變,油滴所受電場(chǎng)力不變,油滴靜止不動(dòng),上極板電勢(shì)為零,P點(diǎn)到上極板的距離增大,根據(jù)U=Ed可知P與上極板間的電勢(shì)差的絕對(duì)值增大,而電場(chǎng)中的電勢(shì)都為負(fù),所以P點(diǎn)電勢(shì)降低,A錯(cuò)誤,B正確;若上極板下移,則d變小,C變大,兩極板間的電壓U等于電源電動(dòng)勢(shì)不變,電場(chǎng)強(qiáng)度E=eq\f(U,d)變大,電場(chǎng)力變大,電場(chǎng)力大于重力,油滴所受合力向上,油滴向上運(yùn)動(dòng),P點(diǎn)到下極板的距離不變,根據(jù)U=Ed可知P與下極板間的電勢(shì)差變大,則P與上極板間的電勢(shì)差的絕對(duì)值減小,而電場(chǎng)中的電勢(shì)都為負(fù),所以P點(diǎn)電勢(shì)升高,C錯(cuò)誤,D正確.答案:BD6.(2019·山西太原五中二模)電子束熔煉是指高真空下,將高速電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能作為熱源來(lái)進(jìn)行金屬熔煉的一種熔煉方法.如圖所示,陰極燈絲被加熱后產(chǎn)生初速度為0的電子,在3×104V加速電壓的作用下,以極高的速度向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng);穿過(guò)陽(yáng)極后,在金屬電極A1、A2間1×103V電壓形成的聚焦電場(chǎng)作用下,轟擊到物料上,其動(dòng)能全部轉(zhuǎn)換為熱能,使物料不斷熔煉.已知某電子在熔煉爐中的軌跡如圖中虛線(xiàn)OPO′所示,P是軌跡上的一點(diǎn),聚焦電場(chǎng)過(guò)P點(diǎn)的一條電場(chǎng)線(xiàn)如圖,則()A.電極A1的電勢(shì)高于電極A2的電勢(shì)B.電子在P點(diǎn)時(shí)速度方向與聚焦電場(chǎng)強(qiáng)度方向夾角小于90°C.聚焦電場(chǎng)只改變電子速度的方向,不改變電子速度的大小D.電子轟擊到物料上時(shí)的動(dòng)能小于3×104eV解析:在P點(diǎn)電子受電場(chǎng)力指向軌跡彎曲的內(nèi)側(cè),又要與電場(chǎng)線(xiàn)相切,可判斷電場(chǎng)線(xiàn)的方向是從A1指向A2,所以電極A1的電勢(shì)高于電極A2的電勢(shì),A正確;軌跡的切線(xiàn)方向是運(yùn)動(dòng)方向,由圖可知運(yùn)動(dòng)方向與電場(chǎng)方向夾角大于90°,B錯(cuò)誤;聚焦電場(chǎng)一方面使電子向中央靠攏,另一方面使電子加速,所以既改變電子速度的方向,又改變電子速度的大小,C錯(cuò)誤;聚焦電場(chǎng)對(duì)電子做功,且總功是正功W,從O到O′,根據(jù)動(dòng)能定理qU+W=Ek,U=3×104V,電子轟擊到物料上時(shí)的動(dòng)能大于3×104eV,故D錯(cuò)誤.答案:A7.(多選)(2019·河北衡水中學(xué)模擬)水平放置的平行金屬板A、B連接一恒定電壓,兩個(gè)質(zhì)量相等的電荷M和N同時(shí)分別從極板A的邊緣和兩極板的正中間沿水平方向進(jìn)入板間電場(chǎng),兩電荷恰好在板間某點(diǎn)相遇,如圖所示.若不考慮電荷的重力和它們之間的相互作用,則下列說(shuō)法正確的是()A.電荷M的電荷量大于電荷N的電荷量B.兩電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度相等C.從兩電荷進(jìn)入電場(chǎng)到兩電荷相遇,電場(chǎng)力對(duì)電荷M做的功大于電場(chǎng)力對(duì)電荷N做的功D.電荷M進(jìn)入電場(chǎng)的初速度大小與電荷N進(jìn)入電場(chǎng)的初速度大小一定相同解析:從軌跡可以看出yM>yN,故eq\f(1,2)·eq\f(qME,mM)t2>eq\f(1,2)·eq\f(qNE,mN)t2,解得eq\f(qME,mM)>eq\f(qNE,mN),qM>qN,故A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理,電場(chǎng)力做的功為W=ΔEk=eq\f(1,2)mveq\o\al(2,y),質(zhì)量m相同,M電荷豎直分位移大,豎直方向的末速度vy=eq\f(2y,t)也大,故電場(chǎng)力對(duì)電荷M做的功大于電場(chǎng)力對(duì)電荷N做的功,故C正確;從軌跡可以看出xM>xN,故vMt>vNt,故vM>vN,故D錯(cuò)誤.答案:AC8.(多選)(2019·廣東珠海聯(lián)考)如圖所示,在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,A球位于B球的正上方,質(zhì)量相等的兩個(gè)小球以相同初速度水平拋出,它們最后落在水平面上同一點(diǎn),其中只有一個(gè)小球帶電,不計(jì)空氣阻力,下列判斷正確的是()A.如果A球帶電,則A球一定帶負(fù)電B.如果A球帶電,則A球的電勢(shì)能一定增加C.如果B球帶電,則B球一定帶負(fù)電D.如果B球帶電,則B球的電勢(shì)能一定增加解析:平拋時(shí)的初速度相同,在水平方向通過(guò)的位移相同,故下落時(shí)間相同,A在上方,B在下方,由h=eq\f(1,2)at2可知,A下落的加速度大于B的加速度.如果A球帶電,則A的加速度大于B,故A受到向下的電場(chǎng)力,則A球一定帶負(fù)電,電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小,故A正確,B錯(cuò)誤;如果B球帶電,則B帶正電,電場(chǎng)力對(duì)B做負(fù)功,電勢(shì)能增加,故C錯(cuò)誤,D正確.答案:AD[B組中難題目練通抓牢]9.(多選)(2019·貴州貴陽(yáng)二模)如圖所示,一板間距為d的平行板電容器豎直放置,兩板間存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的電場(chǎng),一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電油滴從兩極板正中間由靜止釋放,重力加速度為g,則帶電油滴運(yùn)動(dòng)到極板的過(guò)程中()A.加速度大小為eq\r(\f(Eq2,m)+g2)B.所需的時(shí)間為eq\r(\f(md,Eq))C.下降的高度為eq\f(mgd,2Eq)D.電場(chǎng)力對(duì)油滴所做的功為eq\f(Eqd,2)解析:點(diǎn)電荷受到重力、電場(chǎng)力,合力F=eq\r(Eq2+mg2),根據(jù)牛頓第二定律有a=eq\f(F,m)=eq\f(\r(Eq2+mg2),m)=eq\r(\f(Eq,m)2+g2),故A錯(cuò)誤;根據(jù)運(yùn)動(dòng)獨(dú)立性,水平方向點(diǎn)電荷的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,水平方向上的加速度a=eq\f(qE,m),根據(jù)位移公式可得eq\f(d,2)=eq\f(1,2)×eq\f(Eq,m)t2,解得t=eq\r(\f(md,Eq)),下落的高度為h=eq\f(1,2)gt2=eq\f(mgd,2Eq),電場(chǎng)力對(duì)油滴所做的功為W=Eq×eq\f(d,2)=eq\f(Eqd,2),故B、C、D正確.答案:BCD10.(2019·蘇北三市聯(lián)考)如圖所示,金屬板帶有等量異種電荷,板間某一豎直平面內(nèi)電場(chǎng)線(xiàn)的分布如實(shí)線(xiàn)所示,已知該平面內(nèi)P、O的連線(xiàn)為等勢(shì)線(xiàn),且與電場(chǎng)線(xiàn)上兩點(diǎn)M、N的連線(xiàn)垂直.一帶電油滴在O點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài).則()A.若將油滴置于P處,仍能靜止B.若將油滴從M處釋放,將沿電場(chǎng)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)至N處C.M點(diǎn)的電勢(shì)一定比N點(diǎn)的高D.油滴在M點(diǎn)的電勢(shì)能一定比在N點(diǎn)的小解析:由題可知,在O點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài),說(shuō)明在O點(diǎn)的電場(chǎng)力與重力相等,由電場(chǎng)線(xiàn)的分布可知,P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,即EP>EO,則在P點(diǎn)的電場(chǎng)力大于重力,則油滴不會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤.帶電油滴受到重力和電場(chǎng)力的作用,由于電場(chǎng)的方向?yàn)殡妶?chǎng)線(xiàn)的切線(xiàn)方向,可知二者的合力的方向時(shí)刻在變化,其合力的方向不沿著電場(chǎng)線(xiàn),根據(jù)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)條件可知,油滴也不會(huì)沿電場(chǎng)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)到N處,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤.根據(jù)電場(chǎng)線(xiàn)的性質(zhì),可知沿著電場(chǎng)線(xiàn)電勢(shì)降低,由于電場(chǎng)線(xiàn)的方向未知,所以M、N點(diǎn)電勢(shì)高低也是未知的,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.若油滴帶負(fù)電,則上極板帶正電,則φM>φN,則根據(jù)電勢(shì)能公式Ep=φq可知EPM<EPN;若油滴帶正電,則上極板帶負(fù)電,則φM<φN,同理可知EPM<EPN,故選項(xiàng)D正確.答案:D11.(2019·山西四校聯(lián)考)如圖甲所示,兩平行金屬板MN、PQ的板長(zhǎng)和板間距離相等,板間存在如圖乙所示的隨時(shí)間周期性變化的電場(chǎng),電場(chǎng)方向與兩板垂直,在t=0時(shí)刻,一不計(jì)重力的帶電粒子沿板間中線(xiàn)垂直電場(chǎng)方向射入電場(chǎng),粒子射入電場(chǎng)時(shí)的速度為v0,t=T時(shí)刻粒子剛好沿MN板右邊緣射出電場(chǎng).則()A.該粒子射出電場(chǎng)時(shí)的速度方向一定是沿垂直電場(chǎng)方向的B.在t=eq\f(T,2)時(shí)刻,該粒子的速度大小為2v0C.若該粒子在eq\f(T,2)時(shí)刻以速度v0進(jìn)入電場(chǎng),則粒子會(huì)打在板上D.若該粒子的入射速度變?yōu)?v0,則該粒子仍在t=T時(shí)刻射出電場(chǎng)解析:由題設(shè)條件可知,粒子在0~eq\f(T,2)時(shí)間內(nèi)做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),在eq\f(T,2)~T時(shí)間內(nèi)做類(lèi)斜拋運(yùn)動(dòng),因粒子在電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力大小相等,根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性,粒子射出電場(chǎng)時(shí)的速度方向一定是沿垂直電場(chǎng)方向的,如圖所示,選項(xiàng)A正確;前后兩段運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等,eq\f(T,2)時(shí)將速度分解,設(shè)板長(zhǎng)為l,由類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得l=v0T,eq\f(1,2)l=eq\f(1,2)vT,則v=v0,則eq\f(T,2)時(shí)刻該粒子的速度為eq\r(2)v0,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;若該粒子在eq\f(T,2)時(shí)刻以速度v0進(jìn)入電場(chǎng),粒子將先向下做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),后做類(lèi)斜拋運(yùn)動(dòng),而從PQ板右邊緣射出電場(chǎng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若該粒子的入射速度變?yōu)?v0,粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=eq\f(l,2v0)=eq\f(T,2),選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:A12.如圖甲所示,M、N為正對(duì)豎直放置的平行金屬板,A、B為兩板中線(xiàn)上的兩點(diǎn).當(dāng)M、N板間不加電壓時(shí),一帶電小球從A點(diǎn)由靜止釋放經(jīng)時(shí)間T到達(dá)B點(diǎn),此時(shí)速度為v.若兩板間加上如圖乙所示的交變電壓,t=0時(shí),將帶電小球仍從A點(diǎn)由靜止釋放,小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終未接觸極板,則t=T時(shí),小球()A.在B點(diǎn)上方 B.恰好到達(dá)B點(diǎn)C.速度大于v D.速度小于v解析:在A(yíng)、B兩板間加上如圖乙所示的交變電壓,小球受到重力和電場(chǎng)力的作用,電場(chǎng)力作周期性變化,且電場(chǎng)力在水平方向,所以小球豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng).在水平方向小球先做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),后沿原方向做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),t=eq\f(T,2)時(shí)速度為零,接著反向做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),后繼續(xù)沿反方向做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),t=T時(shí)速度為零.根據(jù)對(duì)稱(chēng)性可知在t=T時(shí)小球的水平位移為零,所以t=T時(shí),小球恰好到達(dá)B點(diǎn),故A錯(cuò)誤,B正確.在0~T時(shí)間內(nèi),電場(chǎng)力做功為零,小球機(jī)械能變化量為零,所以t=T時(shí),小球速度等于v,故C、D錯(cuò)誤.答案:B[C組探究創(chuàng)新從容應(yīng)對(duì)]13.(多選)(2019·西南名校聯(lián)考)如圖所示,P、Q為固定在豎直線(xiàn)上的兩個(gè)點(diǎn)電荷,N為在PQ連線(xiàn)中垂面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的另一點(diǎn)電荷,圖中實(shí)線(xiàn)為N做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓軌跡.N的重力不計(jì),則下列說(shuō)法中正確的是()A.P、Q為不等量異種電荷,P、N為異種電荷B.N的軌跡平面為點(diǎn)電荷P、Q共同產(chǎn)生的電場(chǎng)中的一個(gè)等勢(shì)面C.在點(diǎn)電荷P、Q共同產(chǎn)生的電場(chǎng)中N的軌跡上的各點(diǎn)電勢(shì)相等D.N的軌跡半徑越大,N的電勢(shì)能越大解析:若P、Q為不等量異種電荷,則根據(jù)電場(chǎng)線(xiàn)的分布可知,N無(wú)論是帶何種電荷都不能在PQ連線(xiàn)中垂面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;只有當(dāng)P、Q為等量同種電荷,且N帶與P、Q相反電性的電荷時(shí),才能在P、Q連線(xiàn)中垂面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),而由等量同種電荷的電場(chǎng)電勢(shì)分布可知,P、Q連線(xiàn)的中垂面不是等勢(shì)面,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;N做勻速圓周運(yùn)動(dòng),動(dòng)能不變,則N應(yīng)當(dāng)是沿一條等勢(shì)線(xiàn)運(yùn)動(dòng),故C正確;異種電荷遠(yuǎn)離時(shí),電勢(shì)能變大,可知N的軌跡半徑越大,N的電勢(shì)能越大,選項(xiàng)D正確.答案:CD14.(多選)(2019·江

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