2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第23課 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)

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1、第23課 電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析aU不變時(shí)電容器的動(dòng)態(tài)分析(1)(經(jīng)典題，6分)某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板。對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)，在P、Q間距增大過(guò)程中()AP、Q構(gòu)成的電容器的電容增大BP上電荷量保持不變CM點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低DM點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高答案：D解析：電容式話筒與電源串聯(lián)，電壓保持不變。在P、Q間距增大過(guò)程中，根據(jù)電容決定式C得電容減小，又根據(jù)電容定義式C得電容器所帶電量減小，電容器的放電電流通過(guò)R的方向由M到N，所以M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高。故A項(xiàng)、B項(xiàng)、C項(xiàng)均錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。(2)(20

2、17海南單科，4分)如圖所示，平行板電容器的兩極板豎直放置并分別與電源的正負(fù)極相連，一帶電小球經(jīng)絕緣輕繩懸掛于兩極板之間，處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)保持右極板不動(dòng)，將左極板向左緩慢移動(dòng)。關(guān)于小球所受的電場(chǎng)力大小F和繩子的拉力大小T，下列判斷正確的是()AF逐漸減小，T逐漸減小BF逐漸增大，T逐漸減小CF逐漸減小，T逐漸增大DF逐漸增大，T逐漸增大答案：A解析：電容器與電源相連，所以?xún)蓸O板間電勢(shì)差不變，將左極板向左緩慢移動(dòng)的過(guò)程中，兩板間距離增大，則由UEd可知，電場(chǎng)強(qiáng)度E減?。浑妶?chǎng)力FEq減?。恍∏蛱幱谄胶鉅顟B(tài)，受重力、拉力與電場(chǎng)力的作用而處于平衡，故拉力與電場(chǎng)力和重力的合力大小相等，方向相反；根據(jù)平行

3、四邊形定則可知，T；由于重力不變，電場(chǎng)力變小，故拉力變小，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)、C項(xiàng)、D項(xiàng)均錯(cuò)誤。bQ不變時(shí)電容器的動(dòng)態(tài)分析(3)(2016天津理綜，6分)如圖所示，平行板電容器帶有等量異種電荷，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，在兩極板間有一個(gè)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： 保持下極板不動(dòng)，上極板向下移動(dòng)一小段距離后，由C可知，電容器的電容變大，由于Q不變，由C可知U減小，故

4、靜電計(jì)的指針偏角變小。電場(chǎng)強(qiáng)度E不變；由于下極板不動(dòng)，可知P點(diǎn)離下極板的距離不變，又E不變，則P點(diǎn)與下極板的電勢(shì)差不變，P點(diǎn)電勢(shì)不變，則點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能Ep不變， 故A項(xiàng)、B項(xiàng)、C項(xiàng)均錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。2帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)a從動(dòng)力學(xué)和能的角度分析帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng)(4)(2015海南單科，3分)如圖所示，一充電后的平行板電容器的兩極板相距l(xiāng)。在正極板附近有一質(zhì)量為M、電荷量為q(q0)的粒子；在負(fù)極板附近有另一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子。在電場(chǎng)力的作用下，兩粒子同時(shí)從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。已知兩粒子同時(shí)經(jīng)過(guò)一平行于正極板且與其相距l(xiāng)的平面。若兩粒子間相互作用力可忽略。不計(jì)重力，則Mm為()A

5、32 B21 C52 D31答案： A解析：根據(jù)題意，兩粒子同時(shí)經(jīng)過(guò)一平行于正極板且與其相距l(xiāng)的平面，所以q的位移為xMl，而q的位移為xm lll。粒子只受到電場(chǎng)力的作用做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E，由牛頓第二定律得aM，am。又由xat2，并且兩粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相同，得，故A項(xiàng)正確。(5)(經(jīng)典題，20分)靜電場(chǎng)方向平行于x軸，其電勢(shì)隨x的分布可簡(jiǎn)化為如圖所示的折線，圖中0和d為已知量。一個(gè)帶負(fù)電的粒子在電場(chǎng)中以x0為中心，沿x軸方向做周期性運(yùn)動(dòng)。已知該粒子質(zhì)量為m、電量為q，其動(dòng)能與電勢(shì)能之和為A(0A0)的帶電小球M、N先后以相同的初速度沿平行于電場(chǎng)的方向射出。小球在重

6、力作用下進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域，并從該區(qū)域的下邊界離開(kāi)。已知N離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度方向豎直向下；M在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)，剛離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為N剛離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能的1.5倍。不計(jì)空氣阻力，重力加速度大小為g。求：M與N在電場(chǎng)中沿水平方向的位移之比；A點(diǎn)距電場(chǎng)上邊界的高度；該電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小。答案：31(7分)H(10分) (3分)解析：設(shè)帶電小球M、N拋出的初速度均為v0，則它們進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的水平速度仍為v0。兩球質(zhì)量、電量均相同，電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生的加速度大小相等均為a，沿水平方向。M在電場(chǎng)中水平方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，N在電場(chǎng)中水平方向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)沿水平方向的位移分別為sM和sN。兩球在豎直方向上均

7、只受重力，豎直方向做加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由于豎直方向上位移相等，則M、N在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等。 對(duì)M有： sMv0tat2 (2分)對(duì)N有：v0at0(2分)sNv0tat2 (2分)聯(lián)立解得 sMsN31(1分)設(shè)A點(diǎn)距離電場(chǎng)上邊界的高度為h，M離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)在豎直方向的分速度為vy，水平分速度為v1；因兩球豎直方向上運(yùn)動(dòng)始終相同，且時(shí)間相同，則N離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)在豎直方向的速度也為vy。 M剛離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為N剛離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能的1.5倍，有m(vv)1.5mv(2分)解得v1vy(1分)又根據(jù)水平方向的運(yùn)動(dòng)，有v1v0at2v0，可得到v1vy2v0(1分)設(shè)M剛進(jìn)電場(chǎng)時(shí)在豎直方向的

8、分速度為vy1，因M在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)，則有(1分)解得vy1vy(1分)M在豎直方向有v2gh(1分)vv2gH(1分)解得hH(2分)因M在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)，合力與速度共線，則(2分)解得E(1分)b用“等效法”分析帶電小球在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(9)(2017吉林模擬，10分)如圖所示，絕緣光滑軌道AB部分是傾角為30的斜面，AC部分為豎直平面上半徑為R的圓軌道，斜面與圓軌道相切。整個(gè)裝置處于電場(chǎng)強(qiáng)度為E、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中?，F(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電小球，電荷量為q，要使小球能安全通過(guò)圓軌道，在O點(diǎn)的初速度應(yīng)滿(mǎn)足什么條件？答案：v(10分)解析：小球先在斜面上運(yùn)動(dòng)，受重力、電場(chǎng)力、支持力

9、，然后在圓軌道上運(yùn)動(dòng)，受重力、電場(chǎng)力、軌道作用力，如圖所示。類(lèi)比重力場(chǎng)，將電場(chǎng)力與重力的合力視為等效重力mg，大小為mg(2分)tan ，得30(1分)等效重力的方向與斜面垂直指向右下方，小球在斜面上做勻速運(yùn)動(dòng)。因要使小球能安全通過(guò)圓軌道，在圓軌道的“等效最高點(diǎn)”(D點(diǎn))滿(mǎn)足“等效重力”剛好提供向心力，即有mg(2分)因30與斜面的傾角相等，由幾何關(guān)系知AD2R(1分)令小球以最小初速度v0開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)能定理知： 2mgRmvmv(2分)解得v0，因此要使小球安全通過(guò)圓軌道，初速度應(yīng)滿(mǎn)足v(2分)c分階段法研究帶電小球在復(fù)合場(chǎng)中的多過(guò)程運(yùn)動(dòng)(10)(2017全國(guó)，20分)真空中存在電場(chǎng)強(qiáng)度大

10、小為E1的勻強(qiáng)電場(chǎng)，一帶電油滴在該電場(chǎng)中豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度大小為v0。在油滴處于位置A時(shí)，將電場(chǎng)強(qiáng)度的大小突然增大到某值，但保持其方向不變。持續(xù)一段時(shí)間t1后，又突然將電場(chǎng)反向，但保持其大小不變；再持續(xù)同樣一段時(shí)間后，油滴運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)。重力加速度大小為g。求油滴運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度；求增大后的電場(chǎng)強(qiáng)度的大??；為保證后來(lái)的電場(chǎng)強(qiáng)度比原來(lái)的大，試給出相應(yīng)的t1和v0應(yīng)滿(mǎn)足的條件。已知不存在電場(chǎng)時(shí)，油滴以初速度v0做豎直上拋運(yùn)動(dòng)的最大高度恰好等于B、A兩點(diǎn)間距離的兩倍。答案：v02gt1(6分) E1，0t1；或E1，t1(14分)解析：設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為m和q，油滴速度方向向上為正。油

11、滴在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故電場(chǎng)力方向豎直向上。在t0時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度突然從E1增加至E2時(shí)，油滴做豎直向上的勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上，大小a1滿(mǎn)足qE2mgma1(1分)油滴在時(shí)刻t1的速度為v1v0a1t1(1分) 電場(chǎng)強(qiáng)度在時(shí)刻t1突然反向，油滴做勻變速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向下，大小a2滿(mǎn)足qE2mgma2(1分)油滴在時(shí)刻t22t1的速度為v2v1a2t1(1分)聯(lián)立解得v2v02gt1(2分) 由題意，在t0時(shí)刻前有qE1mg(1分)油滴從t0到時(shí)刻t1的位移為s1v0t1a1t(1分) 油滴在從時(shí)刻t1到時(shí)刻t22t1的時(shí)間間隔內(nèi)的位移為s2v1t1a2t(1分)

12、由題給條件有v2g(2h) 式中h是B、A兩點(diǎn)之間的距離。(1分)若B點(diǎn)在A點(diǎn)之上，依題意有s1s2h(1分)聯(lián)立解得E2E1(2分)為使E2E1，應(yīng)有221(1分)即當(dāng)0t1才是可能的條件(1分)式和式分別對(duì)應(yīng)于v20和v2E1，應(yīng)有221(1分)即t1(1分)另一解為負(fù)，不合題意，已舍去。 d極板條件變化時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)情況的分析(11)(2015全國(guó)，6分)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)。現(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

13、做勻加速運(yùn)動(dòng) D向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng)答案：D解析：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)，微粒受重力和電場(chǎng)力平衡，故電場(chǎng)力大小Fmg，方向豎直向上。將兩板繞過(guò)a點(diǎn)的軸(垂直于紙面)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45，電場(chǎng)強(qiáng)度大小不變，方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45，故電場(chǎng)力逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45，大小仍然為mg。故重力和電場(chǎng)力的大小均為mg，方向夾角為135，故合力向左下方，微粒的加速度恒定，向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng)，故A項(xiàng)、B項(xiàng)、C項(xiàng)均錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。e示波管(12)(經(jīng)典題，6分)圖(a)為示波管的原理圖。如果在電極YY之間所加的電壓按圖(b)所示的規(guī)律變化，在電極XX之間所加的電壓按圖(c)所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會(huì)看到的圖形是()答案：B解析：由于電極XX加的是掃描電壓，電極YY之間所加的電壓是信號(hào)電壓，信號(hào)電壓與掃描電壓周期相同，所以熒光屏上看到的圖形是信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形圖，故A項(xiàng)、C項(xiàng)、D項(xiàng)均錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確。10