浙江專(zhuān)版2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)提升作業(yè)二十電容器與電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)含解析

PAGE8-電容器與電容帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(建議用時(shí)40分鐘)1.水平放置的平行板電容器與一電池相連,現(xiàn)將電容器兩板間的距離增大,則 ()A.電容器電容變大B.電容器電容變小C.電容器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大D.電容器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變【解析】選B。當(dāng)兩極板間的距離增大時(shí),依據(jù)電容的確定式C=εrS4πkd分析得知,電容C減小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;由于與電池保持連接,U不變,因E=Ud,所以電容器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小2.(2024·杭州模擬)如圖所示是“探討影響平行板電容器電容大小的因素”的試驗(yàn)示意圖,在A、B兩板間插入介質(zhì)而保持其他條件不變的狀況下,下列說(shuō)法正確的是 ()A.圖中靜電計(jì)的作用是顯示電容器電容的大小B.插入介質(zhì)過(guò)程,電容器的電容漸漸變小C.插入介質(zhì)過(guò)程,靜電計(jì)指針偏角漸漸變大D.插入介質(zhì)過(guò)程,靜電計(jì)指針偏角漸漸變小【解析】選D。靜電計(jì)測(cè)定平行板電容器兩極間的電壓,兩者并聯(lián),靜電計(jì)指針間電壓等于平行板電容器兩極間的電壓,故A錯(cuò)誤;插入介質(zhì)過(guò)程,依據(jù)電容的確定式,C=εrS4πkd可知,電容器的電容漸漸變大,故B錯(cuò)誤;插入介質(zhì)過(guò)程,電容變大,由于極板的電量Q不變,依據(jù)C=QU,則有極板間的電壓U減小,因此靜電計(jì)指針偏角漸漸變小【加固訓(xùn)練】(2024·北京高考)探討與平行板電容器電容有關(guān)因素的試驗(yàn)裝置如圖所示,下列說(shuō)法正確的是 ()A.試驗(yàn)前,只用帶電玻璃棒與電容器a板接觸,能使電容器帶電B.試驗(yàn)中,只將電容器b板向上平移,靜電計(jì)指針的張角變小C.試驗(yàn)中,只在極板間插入有機(jī)玻璃板,靜電計(jì)指針的張角變大D.試驗(yàn)中,只增加極板帶電量,靜電計(jì)指針的張角變大,表明電容增大【解析】選A。當(dāng)用帶電玻璃棒與電容器a板接觸,由于靜電感應(yīng),從而在b板感應(yīng)出等量的異種電荷,從而使電容器帶電,故選項(xiàng)A正確;依據(jù)電容的確定式:C=εrS4πkd,將電容器b板向上平移,即正對(duì)面積S減小,則電容C減小,依據(jù)C=QU可知,電量Q不變,則電壓U增大,則靜電計(jì)指針的張角變大,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;依據(jù)電容的確定式:C=εrS4πkd,只在極板間插入有機(jī)玻璃板,則介電系數(shù)εr增大,則電容C增大,依據(jù)C=QU可知,電量Q不變,則電壓U減小,則靜電計(jì)指針的張角減小,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;依據(jù)電容確定式C=3.(2024·浙江4月選考真題)如圖所示,在豎直放置間距為d的平行板電容器中,存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)。有一質(zhì)量為m,電荷量為+q的點(diǎn)電荷從兩極板正中間處?kù)o止釋放,重力加速度為g。則點(diǎn)電荷運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板的過(guò)程 ()A.加速度大小為a=EqmB.所需的時(shí)間為t=dmC.下降的高度為y=dD.電場(chǎng)力所做的功為W=Eqd【解析】選B。點(diǎn)電荷受到重力、電場(chǎng)力,所以a=(Eq)2+(mg)2m,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;依據(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,則d2=12×Eqmt2,t=mdEq,選項(xiàng)B正確;下降高度y=12gt24.三個(gè)質(zhì)量相等的帶電微粒(重力不計(jì))以相同的水平速度沿兩極板的中心線方向從O點(diǎn)射入,已知上極板帶正電,下極板接地,三微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,其中微粒2恰好沿下極板邊緣飛出電場(chǎng),則 ()A.三微粒在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間有t3>t2>t1B.三微粒所帶電荷量有q1>q2>q3C.三微粒所受電場(chǎng)力有F1=F2>F3D.微粒2和3出電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能相等【解析】選B。因三微粒均只受豎直向下的恒定電場(chǎng)力作用而做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),水平方向做速度大小相同的勻速直線運(yùn)動(dòng),由圖中水平射程知三微粒在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間有t3=t2>t1,A錯(cuò)誤;豎直方向由h=12at2知三微粒的加速度大小有a1>a2>a3,又只受電場(chǎng)力,所以三微粒所受電場(chǎng)力有F1>F2>F3,C錯(cuò)誤;而F=qE,即三微粒所帶電荷量有q1>q2>q3,B正確;電場(chǎng)力對(duì)微粒2做的功比對(duì)微粒3做的功多,即微粒2的動(dòng)能增加多,所以出電場(chǎng)時(shí)微粒2的動(dòng)能大于微粒3的動(dòng)能,D5.有兩個(gè)平行板電容器,它們的電容之比為5∶4,它們所帶電荷量之比為5∶1,兩極板間距離之比為4∶3,則兩極板間電壓之比和電場(chǎng)強(qiáng)度之比分別是 ()A.4∶11∶3 B.1∶43∶1C.4∶13∶1 D.4∶14∶3【解析】選C。由U=QC得:U1U2=Q1C2Q2C1=5×45=41,又由E=U6.如圖所示,兩平行的帶電金屬板水平放置。若在兩板中間a點(diǎn)從靜止釋放一帶電微粒,微粒恰好保持靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將兩板繞過(guò)a點(diǎn)的軸(垂直于紙面)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°,再由a點(diǎn)從靜止釋放一同樣的微粒,該微粒將 ()A.保持靜止?fàn)顟B(tài)B.向左上方做勻加速運(yùn)動(dòng)C.向正下方做勻加速運(yùn)動(dòng)D.向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng)【解析】選D。兩平行金屬板水平放置時(shí),微粒恰好保持靜止?fàn)顟B(tài),其合力為零,對(duì)其受力分析,如圖甲所示,設(shè)電容器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,微粒受到豎直向下的重力G和豎直向上的電場(chǎng)力qE,且G=qE;兩平行金屬板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°后,對(duì)微粒受力分析,如圖乙所示,由平行四邊形定則可知,微粒所受合力方向斜向左下方,且為恒力,故微粒向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D正確。7.(多選)(2024·全國(guó)卷Ⅲ)如圖,一平行板電容器連接在直流電源上,電容器的極板水平,兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號(hào)相反,使它們分別靜止于電容器的上、下極板旁邊,與極板距離相等。現(xiàn)同時(shí)釋放a、b,它們由靜止起先運(yùn)動(dòng),在隨后的某時(shí)刻t,a、b經(jīng)過(guò)電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面。a、b間的相互作用和重力可忽視,下列說(shuō)法正確的是 ()A.a的質(zhì)量比b的大B.在t時(shí)刻,a的動(dòng)能比b的大C.在t時(shí)刻,a和b的電勢(shì)能相等D.在t時(shí)刻,a和b的動(dòng)量大小相等【解析】選B、D。由于平行板電容器連接在直流電源上,U不變,E不變,兩微粒a、b所帶電荷量大小相等,則電場(chǎng)力大小相等,經(jīng)過(guò)相同時(shí)間,據(jù)動(dòng)量定理Ft=mv-0可知,在t時(shí)刻a和b的動(dòng)量大小相等,D正確;因?yàn)榻?jīng)過(guò)時(shí)間t,在下半?yún)^(qū)域的同一水平面,因此va>vb,則ma<mb,A錯(cuò)誤;據(jù)Ek=p22m可知Eka>Ekb,B正確;在同一水平面電勢(shì)相等,由于a、b所帶電荷量大小相等,符號(hào)相反,電勢(shì)能不等,C錯(cuò)誤;故選B8.平行板電容器中有一帶電液滴P處于靜止?fàn)顟B(tài),若把滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭向下移動(dòng),則帶電粒子將 ()A.向上加速運(yùn)動(dòng) B.向下減速運(yùn)動(dòng)C.向下加速運(yùn)動(dòng) D.仍舊靜止不動(dòng)【解析】選A。把滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭向下移動(dòng),電路的電阻增大,電流減小,R1和內(nèi)阻上的電壓減小,路端電壓增大,那么電容器兩端電壓增加,因此液滴所受的電場(chǎng)力變大,帶電液滴向上加速運(yùn)動(dòng),故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。9.如圖所示,從炙熱的金屬絲漂出的電子(速度可視為零),經(jīng)加速電場(chǎng)加速后從兩極板中間垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。電子的重力不計(jì)。在滿意電子能射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的條件下,下述四種狀況中,肯定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是 ()A.僅將偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)極性對(duì)調(diào)B.僅增大偏轉(zhuǎn)電極間的距離C.僅增大偏轉(zhuǎn)電極間的電壓D.僅減小偏轉(zhuǎn)電極間的電壓【解析】選C。設(shè)加速電場(chǎng)電壓為U0,偏轉(zhuǎn)電壓為U,極板長(zhǎng)度為L(zhǎng),間距為d,電子加速過(guò)程中,由U0q=mv022,得v0=2U0qm,電子進(jìn)入極板后做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),時(shí)間t=Lv0,a=Uq10.某公司為了測(cè)試其智能玩具汽車(chē)性能,設(shè)計(jì)了以下試驗(yàn)。讓質(zhì)量m=160kg的玩具汽車(chē)帶上Q=2C的電荷量后,穿越如圖甲所示的直線跑道。該直線跑道長(zhǎng)l=32m,由兩部分組成:其中第一部分為一般道路,已知車(chē)輪與道路的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5;其次部分為電場(chǎng)區(qū)域道路,在該區(qū)域加以豎直向下的大小E=200N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng),其長(zhǎng)度距離終點(diǎn)l′=10m。玩具汽車(chē)內(nèi)部裝有牽引力傳感器可以反饋整個(gè)過(guò)程中牽引力F隨時(shí)間t的變更,圖象如圖乙所示。t=11s時(shí),玩具小車(chē)恰好到達(dá)終點(diǎn)且速度剛好減為零?？諝庾枇Σ挥?jì),設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,玩具小車(chē)看作質(zhì)點(diǎn),g取10m/s2,求: (1)玩具小車(chē)在電場(chǎng)區(qū)域加速度大小a。(2)玩具車(chē)在加速過(guò)程中的平均速度大小?！窘馕觥?1)對(duì)在電場(chǎng)中小車(chē)受力分析,由牛頓其次定律得:a=μ(1.25m/s2(2)小車(chē)在一般道路上所受摩擦力f=μmg=800N,對(duì)小車(chē)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析,有12at32=l′2a得t3=4s,v=5m/s。由圖象可知,5～7s內(nèi)小車(chē)受的摩擦力等于牽引力,小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng),x=vt=5×2m=10m。故加速距離x1=32m-10m-10m=12m。2～5s內(nèi)小車(chē)所受的牽引力大于阻力,則小車(chē)加速運(yùn)動(dòng),加速時(shí)間為t1=3s,故加速過(guò)程中的平均速度大小v=x1t1=12m答案:(1)1.25m/s2(2)4m/s11.(2024·天津高考)2024年,人類(lèi)歷史上第一架由離子引擎推動(dòng)的飛機(jī)誕生,這種引擎不須要燃料,也無(wú)污染物排放。引擎獲得推力的原理如圖所示,進(jìn)入電離室的氣體被電離成正離子,而后飄入電極A、B之間的勻強(qiáng)電場(chǎng)(初速度忽視不計(jì)),A、B間電壓為U,使正離子加速形成離子束,在加速過(guò)程中引擎獲得恒定的推力。單位時(shí)間內(nèi)飄入的正離子數(shù)目為定值,離子質(zhì)量為m,電荷量為Ze,其中Z是正整數(shù),e是元電荷。(1)若引擎獲得的推力為F1,求單位時(shí)間內(nèi)飄入A、B間的正離子數(shù)目N為多少。(2)加速正離子束所消耗的功率P不同時(shí),引擎獲得的推力F也不同,試推導(dǎo)FP(3)為提高能量的轉(zhuǎn)換效率,要使FP盡量大,請(qǐng)?zhí)岢鲈龃驠【解析】(1)設(shè)正離子經(jīng)過(guò)電極B時(shí)的速度為v,依據(jù)動(dòng)能定理,有ZeU=12mv2設(shè)正離子束所受的電場(chǎng)力為F1′,依據(jù)