(新课改省份专用)2022年高考物理一轮复习 课时跟踪检测(二十四)电容器 带电粒子在电场中的运动(含解析)

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(新课改省份专用)2022年高考物理一轮复习 课时跟踪检测(二十四)电容器 带电粒子在电场中的运动(含解析)1.如图所示,一个带电粒子从粒子源飘入(初速度很小,可忽略不计)电压为U1的加速电场,经加速后从小孔S沿平行金属板A、B的中线射入,A、B板长为L,相距为d,电压为U2。则带电粒子能从A、B板间飞出应该满足的条件是()A.B.C. D.解析:选C根据qU1mv2,t,yat22,由题意知,yd,解得, 故选项C正确。2(2016天津高考)如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板间有一固定在P点的点电荷,以E表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P点的电势能,表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则()A增大,E增大B增大,Ep不变C减小,Ep增大 D减小,E不变解析:选D由题意可知平行板电容器的带电荷量Q不变,当下极板不动,上极板向下移动一段距离时,两极板间距d减小,则电容C变大,由U可知U变小,则静电计指针的偏角减小。又因为两板间电场强度E,Q、S不变,则E不变。因为E不变,则点电荷从P点移动到下极板(电势为零)电场力做功不变,电势能的变化相同,则点电荷在P点的电势能Ep不变,故只有选项D正确。3.如图所示,一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为M、电荷量为q(q0)的粒子;在负极板附近有另一质量为m、电荷量为q的粒子。在电场力的作用下,两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距l的平面。若两粒子间相互作用力可忽略,不计重力,则Mm为()A32B21C52 D31解析:选A设极板间电场强度为E,两粒子的运动时间相同,对M,由牛顿第二定律有:qEMaM,由运动学公式得:laMt2;对m,由牛顿第二定律有qEmam,根据运动学公式得:lamt2由以上几式解之得:,故A正确。4. (2019成都调研)如图所示,一种射线管由平行金属板A、B和平行于金属板的细管C组成。放射源O在A极板左端,可以向各个方向发射不同速度、质量为m的粒子(电子)。若极板长为L,间距为d,当A、B板加上电压U时,只有某一速度的粒子能从细管C水平射出,细管C离两板等距。已知元电荷为e,则从放射源O发射出的粒子的这一速度为()A. B. C. D. 解析:选C粒子反方向的运动为类平抛运动,水平方向有Lv0t,竖直方向有at2,且a。从A到C的过程有qUmv02mv2,以上各式联立解得v ,选项C正确。5如图所示,两个平行带电金属板M、N相距为d,M板上距左端为d处有一个小孔A,有甲、乙两个相同的带电粒子,甲粒子从两板左端连线中点O处以初速度v1平行于两板射入,乙粒子从A孔以初速度v2垂直于M板射入,二者在电场中的运动时间相同,并且都打到N板的中点B处,则初速度v1与v2的关系正确的是()A. B.C.2 D.解析:选C设带电粒子在电场中的加速度为a,则对甲粒子,竖直方向at2,水平方向dv1t,解出v1;对乙粒子有v2tat2d,解出v2,所以v1v221,即选项C正确。6.(多选)(2016全国卷)如图,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称。忽略空气阻力。由此可知()AQ点的电势比P点高B油滴在Q点的动能比它在P点的大C油滴在Q点的电势能比它在P点的大D油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小解析:选AB带电油滴在电场中受重力、电场力作用,据其轨迹的对称性可知,电场力方向竖直向上,且电场力大于重力,电场力先做负功后做正功。则电场强度方向向下,Q点的电势比P点高,选项A正确;油滴在P点的速度最小,选项B正确;油滴在P点的电势能最大,选项C错误;油滴运动的加速度大小不变,选项D错误。7. (2019广州模拟)一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,两板间有一个正检验电荷固定在P点,如图所示,以C表示电容器的电容、E表示两板间的场强、表示P点的电势,W表示正电荷在P点的电势能,若正极板保持不动,将负极板缓慢向右平移一小段距离l0,则下列关于各物理量与负极板移动距离x的关系图像中正确的是()解析:选C由C知,C与两极板间距离d成反比,C与x不是线性关系,A错;电容器充电后与电源断开,电荷量不变,由C、QCU、UEd得E是定值,B错;因负极板接地,电势为零,所以P点电势为E(Lx),L为P点到负极板的初始距离,E不变,随x增大而线性减小,C对;由Wq知W与电势变化情况一样,D错。8.真空中某竖直平面内存在一水平向右的匀强电场,一质量为m的带电微粒恰好能沿图示虚线(与水平方向成角)由A向B做直线运动,已知重力加速度为g,微粒的初速度为v0,则()A微粒一定带正电B微粒一定做匀速直线运动C可求出匀强电场的电场强度D可求出微粒运动的加速度解析:选D因微粒在重力和电场力作用下做直线运动,而重力竖直向下,由微粒做直线运动条件知电场力必水平向左,微粒带负电,A错误;其合外力必与速度反向,大小为F,即微粒一定做匀减速直线运动,加速度为a,B错误,D正确;电场力qE,但不知微粒的电荷量,所以无法求出其电场强度,C错误。B级保分题目练通抓牢9.(多选)如图所示,氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场E1,之后进入电场线竖直向下的匀强电场E2发生偏转,最后打在屏上。整个装置处于真空中,不计粒子重力及其相互作用,那么()A偏转电场E2对三种粒子做功一样多B三种粒子打到屏上时的速度一样大C三种粒子运动到屏上所用时间相同D三种粒子一定打到屏上的同一位置解析:选AD带电粒子在电场E1中加速,由动能定理得,eU1mv2,解得v 。进入电场线竖直向下的匀强电场E2中做类平抛运动,Lvt,yat2,eE2ma,联立解得y,偏转电场E2对三种粒子做功WeE2y,与粒子质量无关,所以偏转电场E2对三种粒子做功一样多,选项A正确;三种粒子打到屏上时的水平速度不一样大,竖直速度at不一样大,所以三种粒子打到屏上时的速度不一样大,选项B错误;三种粒子运动到屏上所用时间不相同,选项C错误;由于y与粒子质量无关,且三种粒子射出偏转电场时偏转角相同,所以三种粒子一定打到屏上的同一位置,选项D正确。10(多选)如图所示,带电荷量之比为qAqB13的带电粒子A、B以相等的速度v0从同一点出发,沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中,分别打在C、D点,若OCCD,忽略粒子重力的影响,则()AA和B在电场中运动的时间之比为12BA和B运动的加速度大小之比为41CA和B的质量之比为112DA和B的位移大小之比为11解析:选ABC粒子A和B在匀强电场中做类平抛运动,水平方向由xv0t及OCCD得,t1t212,选项A正确;竖直方向由hat2得a,它们沿竖直方向下落的加速度大小之比为aAaB41,选项B正确;根据a得m,故mAmB112,选项C正确;A和B的位移大小不相等,选项D错误。C级难度题目适情选做11. (2018保定模拟)如图所示,充电后的平行板电容器水平放置,电容为C,极板间距离为d,上极板正中有一小孔。质量为m、电荷量为q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落,穿过小孔到达下极板处速度恰为零(空气阻力忽略不计,极板间电场可视为匀强电场,重力加速度为g)。求:(1)小球到达小孔处的速度大小;(2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量;(3)小球从开始下落到下极板处的时间。解析:(1)设小球下落h时的速度为v,由自由落体运动规律有v22gh,得v。(2)设小球在极板间运动的加速度为a,由v22ad,得a。由牛顿第二定律得qEmgma,电容器的电荷量QCUCEd,联立以上各式得E,Q。(3)由hgt12得小球做自由落体运动的时间t1 ,由0vat2得小球在电场中运动的时间t2d 。则小球运动的总时间tt1t2 。答案:(1)(2)(3) 12. (2019济宁模拟)如图所示,两平行金属板A、B长为L8 cm,两板间距离d8 cm,A板比B板电势高300 V,一带正电的粒子电荷量为q1.01010 C、质量为m1.01020 kg,沿电场中心线RO垂直电场线飞入电场,初速度v02.0106 m/s,粒子飞出电场后经过界面MN、PS间的无电场区域,然后进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域(设界面PS右侧点电荷的电场分布不受界面的影响)。已知两界面MN、PS相距为12 cm,D是中心线RO与界面PS的交点,O点在中心线上,距离界面PS为9 cm,粒子穿过界面PS做匀速圆周运动,最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上。(静电力常量k9.0109 Nm2/C2,粒子的重力不计)(1)求粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离为多远;到达PS界面时离D点为多远;(2)在图上粗略画出粒子的运动轨迹;(3)确定点电荷Q的电性并求其电荷量的大小。解析:(1)粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离(偏移位移):yat2,a,Lv0t,则yat220.03 m3 cm。粒子在离开电场后将做匀速直线运动,其轨迹与PS交于H,设H到中心线的距离为Y,则有,解得Y4y12 cm。(2)第一段是抛物线、第二段是直线、第三段是圆弧。(3)粒子到达H点时,其水平速度vxv02.0106 m/s竖直速度vyat1.5106 m/s则v合2.5106 m/s该粒子在穿过界面PS后绕点电荷Q做匀速圆周运动,所以Q带负电。根据几何关系可知半径r15 cm,电场力提供向心力,则km,解得Q1.04108 C。答案:(1)3 cm12 cm(2)轨迹图见解析(3)负电1.04108 C
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