2019-2020年高三物理二轮复习 专题限时练7 第1部分 专题7 电场、带电粒子在电场中的运动.doc

2019-2020年高三物理二轮复习 专题限时练7 第1部分 专题7 电场、带电粒子在电场中的运动一、选择题(本题共8小题，每小题6分在每小题给出的四个选项中，第15题只有一项符合题目要求，第68题有多项符合题目要求全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选的得0分)1.如图714所示，虚线为某电场中的三个等差等势面1、2、3，实线表示某带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，则下列说法中正确的是()图714A等势面1的电势最高B粒子在a点的加速度大小大于在b点的加速度大小C粒子在a点的电势能大于在b点的电势能D粒子在a点的速度大小大于在b点的速度大小2.如图715所示，一半径为R的均匀带正电圆环水平放置，环心为O点，质量为m的带正电的小球从O点正上方h高的A点静止释放，并穿过带电圆环，关于小球从A到A关于O的对称点A过程加速度(a)、重力势能(EpG)、机械能(E)、电势能(Ep电)随位置变化的图象一定错误的是(取O点为坐标原点且重力势能为零，向下为正方向，无穷远电势为零)()图7153.如图716所示，平行板电容器的两金属板A、B竖直放置，电容器所带电荷量为Q，一液滴从A板上边缘由静止释放，液滴恰好能击中B板的中点O，若电容器所带电荷量增加Q1，液滴从同一位置由静止释放，液滴恰好击中OB的中点C，若电容器所带电荷量减小Q2，液滴从同一位置由静止释放，液滴恰好击中B板的下边缘D点，则()图716A1B2 C3 D44.如图717所示，a、b、c、d是某匀强电场中的四个点，它们正好是一个矩形的四个顶点，abcdL，adbc2L，电场线与矩形所在平面平行已知a点电势为20 V，b点电势为24 V，d点电势为12 V一个质子从b点以速度v0射入此电场，入射方向与bc成45角，一段时间后经过c点不计质子的重力下列判断正确的是()图717Ac点电势高于a点电势B场强的方向由b指向dC质子从b运动到c所用的时间为D质子从b运动到c，电场力做功为4 eV5(xx安徽高考)已知均匀带电的无穷大平面在真空中激发电场的场强大小为，其中为平面上单位面积所带的电荷量，0为常量如图718所示的平行板电容器，极板正对面积为S，其间为真空，带电荷量为Q.不计边缘效应时，极板可看做无穷大导体板，则极板间的电场强度大小和两极板间相互的静电引力大小分别为()图718A.和 B.和C.和D和6(xx天津高考)如图719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()图719A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7.空间存在匀强电场，在电场中建立Oxyz直角坐标系如图720所示，a、b、c三点分别在三个坐标轴上，距离原点O的距离rarc2 cm，rb2 cm，d点在yOz平面上，且dbOb.将带电荷量为q2.5 1016C的试探电荷从d点移到b点电场力做功为零，从a点移动到b点电场力做功W1.21014 J，bO间电势差UbO24 V，由此可判断()图720A空间电场强度的方向沿x轴正方向B空间电场强度的大小为8102 V/mCcO间电势差UcO24 VD电场中的等势面垂直于xOy平面8(xx山东高考)如图721甲，两水平金属板间距为d，板间电场强度的变化规律如图乙所示t0时刻，质量为m的带电微粒以初速度v0沿中线射入两板间，0时间内微粒匀速运动，T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出微粒运动过程中未与金属板接触重力加速度的大小为g.关于微粒在0T时间内运动的描述，正确的是()甲乙图721A末速度大小为v0B末速度沿水平方向C重力势能减少了mgdD克服电场力做功为mgd二、计算题(本题共2小题，共计32分解答过程要有必要的文字说明和解题步骤)9(16分)(xx四川高考)如图722所示，粗糙、绝缘的直轨道OB固定在水平桌面上，B端与桌面边缘对齐，A是轨道上一点，过A点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小E1.5106 N/C，方向水平向右的匀强电场带负电的小物体P电荷量是2.0106C，质量m0.25 kg，与轨道间动摩擦因数0.4.P从O点由静止开始向右运动，经过0.55 s到达A点，到达B点时速度是5 m/s，到达空间D点时速度与竖直方向的夹角为，且tan 1.2.P在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力F作用，F大小与P的速率v的关系如表所示P视为质点，电荷量保持不变，忽略空气阻力，取g10 m/s2.求：图722v/(ms1)0v22v5v5F/N263(1)小物体P从开始运动至速率为2 m/s所用的时间；(2)小物体P从A运动至D的过程，电场力做的功10(16分)从阴极K发射的电子经电势差U04 500 V的阳极加速后，沿平行于板面的方向从中央射入两块长L110 cm，间距d4 cm的平行金属板AB之后，在离金属板边缘L275 cm处放置一个直径D20 cm的带有记录纸的圆筒(如图723所示)，整个装置放在真空内，电子发射的初速度不计已知电子质量m0.91030 kg，电子电荷量e1.601019 C，不考虑相对论效应图723(1)若在两金属板上加上U11 000 V的直流电压(AB)，为使电子沿入射方向做匀速直线运动，应加怎样的磁场？(2)若在两金属板上加上U21 000cos 2t(V)的交流电压，并使圆筒绕中心轴按图示方向以4 rad/s的角速度匀速转动，确定电子在记录纸上的偏转位移随时间变化的关系式并定性画出1 s钟内所记录的图形(电子穿过AB的时间很短，可认为这段时间内板间电压不变)【详解答案】1D因不清楚粒子的运动方向和粒子的电性，虽然由做曲线运动的条件知粒子受到指向凹侧的作用力，但电场线的方向仍不能确定，故等势面电势高低关系亦不能确定，A错；等差等势面的疏密程度可表示电场强度的大小，EaEb，由牛顿第二定律知粒子在a点的加速度大小小于在b点的加速度大小，B错；由图知若粒子由a向b运动，其位移方向与其所受电场力方向成钝角，电场力做负功，电势能增加，动能减小，若粒子由b向a运动，其位移方向与其所受电场力方向成锐角，电场力做正功，电势能减小，动能增加，即不论粒子的运动方向和电性如何，粒子在a点的电势能小于在b点的电势能，在a点的动能大于在b点的动能，所以粒子在a点的速度大小大于在b点的速度大小，C错，D对2D圆环中心的场强为零，无穷远处场强也为零，则小球从A到圆环中心的过程中，场强可能先增大后减小，则小球所受的电场力先增大后减小，方向竖直向上，由牛顿第二定律知，重力不变，则加速度可能先减小后增大；小球穿过圆环后，小球所受的电场力竖直向下，加速度方向向下，为正值，根据对称性可知，电场力先增大后减小，则加速度先增大后减小，故A正确小球从A到圆环中心的过程中，重力势能EpGmgh，小球穿过圆环后，EpGmgh，重力势能随高度是线性变化的，故B正确小球从A到圆环中心的过程中，电场力做负功，机械能减小，小球穿过圆环后，电场力做正功，机械能增大，故C正确由于圆环所产生的是非匀强电场，小球下落的过程中，电场力做功与下落的高度之间是非线性关系，电势能变化与下落高度之间也是非线性关系，故D错误3B由运动的合成与分解知液滴在竖直方向做自由落体运动，水平方向在电场力作用下做初速度为零的匀加速直线运动，设两金属板长为L、间距为d、正对面积为S，两极板间场强为E，液滴所带电荷量为q、质量为m，则竖直方向有hgt2，水平方向有dt2，E，所以Qh常数，即Q(QQ1)，Q(QQ2)L，联立得2，B对4C取ad、bc的中点f、e，连接fc、ae分别与bd交于h、g.分别过age和chf且垂直于平面abcd的平面为两个等势面，作等势面的垂线为电场线，可知电场线与bc成45角，即场强方向由b指向f，c点电势比a点电势低，A、B均错；因质子初速度方向垂直于场强方向，质子做类平抛运动，从b到c沿场强方向的位移等于垂直场强方向的位移：bffcL，又fcv0t，解得t，C对；Ubc2Uba8 V，质子从b运动到c，电场力做功为8 eV，D错5D每块极板上单位面积所带的电荷量为，每块极板产生的电场强度为E，所以两极板间的电场强度为2E.一块极板在另一块极板处产生的电场强度E，故另一块极板所受的电场力FqEQ，选项D正确6AD根据动能定理有qE1dmv，得三种粒子经加速电场加速后获得的速度v1.在偏转电场中，由lv1t2及yt得，带电粒子经偏转电场的侧位移y，则三种粒子在偏转电场中的侧位移大小相等，又三种粒子带电荷量相同，根据WqE2y得，偏转电场E2对三种粒子做功一样多，选项A正确根据动能定理，qE1dqE2ymv，得到粒子离开偏转电场E2打到屏上时的速度v2，由于三种粒子的质量不相等，故v2不一样大，选项B错误粒子打在屏上所用的时间t(L为偏转电场左端到屏的水平距离)，由于v1不一样大，所以三种粒子打在屏上的时间不相同，选项C错误根据vyt2及tan 得，带电粒子的偏转角的正切值tan ，即三种带电粒子的偏转角相等，又由于它们的侧位移相等，故三种粒子打到屏上的同一位置，选项D正确7BD将试探电荷从d点移到b点电场力做功为零，则Udb0，d、b在同一个等势面上，因此等势面垂直于xOy平面，c、O也在同一个等势面上，UcO0，C错误，D正确；在xOy平面上的直角三角形aOb如图所示，a、b间电势差Uab48 V，又UbO24 V，则原点O与ab中点电势相等，故过原点O作ab中点的连线Oe为等势线，三角形中a点电势最低，因此作Oe的垂线指向a即为xOy平面上的一条电场线，所以场强方向与x轴正方向成30角，场强大小E V/m8102 V/m，A错误，B正确8BC0时间内微粒匀速运动，有mgqE0.把微粒的运动分解，水平方向：做速度为v0的匀速直线运动；竖直方向：时间内，只受重力，做自由落体运动，时刻，v1yg；T时间内，ag，做匀减速直线运动，T时刻，v2yv1ya0，所以末速度vv0，方向沿水平方向，选项A错误、B正确重力势能的减少量Epmgmgd，所以选项C正确根据动能定理：mgdW克电0，得W克电mgd，所以选项D错误9解析：(1)小物体P的速率从0至2 m/s，受外力F12 N，设其做匀变速直线运动的加速度为a1，经过时间t1，速度为v1，则F1mgma1v1a1t1由式并代入数据得t10.5 s(2)小物体P从速率为2 m/s运动至A点，受外力F26 N，设其做匀变速直线运动的加速度为a2，则F2mgma2设小物体P从速度v1经过t2时间，在A点的速度为v2，则t20.55 st1v2v1a2t2P从A点至B点，受外力F26 N、电场力和滑动摩擦力的作用，设其做匀变速直线运动的加速度为a3，电荷量为q，在B点的速度为v3，从A点至B点的位移为x1，则F2mgqEma3vv2a3x1P以速度v3滑出轨道右端B点，设水平方向所受外力为F3，电场力大小为FE，有FEF3F3与FE大小相等、方向相反，P水平方向所受合力为零，所以，P从B点开始做初速度为v3的平抛运动设P从B点运动至D点用时为t3，水平位移为x2，由题意知tan x2v3t3设小物体P从A点至D点电场力做功为W，则WqE(x1x2)联立，式并代入数据得W9.25 J答案：(1)0.5 s(2)9.25 J10解析：(1)由eU0mv得电子入射速度v0 m/s4107 m/s加直流电压时，板间场强E12.5104 V/m电子做直线运动时，由平衡条件eE1ev0B得应加磁场的磁感应强度B6.25104 T，方向垂直纸面向里(2)加交流电压时，A、B两极间场强E22.5104cos 2t(V/m)电子飞出板间时偏距y1at()2电子飞出板间时竖直速度vyat1电子从飞离极板至到达圆筒时偏距y2vyt2故在纸上记录落点的总偏距yy1y2(L2)cos 2t(m)因圆筒每秒钟转2周，故在1 s内，电子在记录纸上的偏转图形如图所示答案：(1)磁场强度为6.25104 T，方向垂直纸面向里(2)见解析