优化探究新课标2017届高三物理一轮复习第6章静电场第3讲电容器与电容带电粒子在电场中的运动知能提升演练.doc

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1、电容器与电容 带电粒子在电场中的运动 随堂反馈1静电计是在验电器的基础上制成的，用其指针张角的大小来定性显示其金属球与外壳之间的电势差大小如图所示，A、B是平行板电容器的两个金属板，G为静电计开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度，为了使指针张开的角度增大些，下列采取的措施可行的是()A断开开关S后，将A、B两极板分开些B保持开关S闭合，将A、B两极板分开些C保持开关S闭合，将A、B两极板靠近些D断开开关S，将变阻器滑动触头向右移动解析：断开S后，电荷量Q将不改变，将A、B分开些，电容C减小，由U可知U增大，静电计指针张开的角度增大，A项对只要开关S闭合，电容器与电源相连接，电压U就不改变，

2、静电计指针张开的角度不改变，故B、C项错断开S后，变阻器滑动触头的改变对极板间电压不产生影响，D项错答案：A2.(2015高考全国卷)如图所示，两平行的带电金属板水平放置若在两板中间a点从静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45，再由a点从静止释放一同样的微粒，该微粒将()A保持静止状态B向左上方做匀加速运动C向正下方做匀加速运动D向左下方做匀加速运动解析：两板水平时对微粒有qEmg.板旋转45对微粒受力分析，如图中虚线所示，由平行四边形定则可知合力向左下方，且大小恒定，D正确，A、B、C错误答案：D3.(2016南昌模拟)如图所示，电子在电势差

3、为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块水平的平行极板间的偏转电场中，入射方向跟极板平行，整个装置处在真空中，重力可忽略在满足电子能射出平行板区域的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是()AU1变大，U2变大BU1变小，U2变大CU1变大，U2变小DU1变小，U2变小解析：设电子被加速后获得的速度为v0，水平极板长为l，则由动能定理得U1qmv，电子在水平极板间偏转所用时间t，又设电子在水平极板间的加速度为a，水平极板的板间距为d，由牛顿第二定律得a，电子射出偏转电场时，平行于电场方向的速度vyat，联立解得vy，又tan ，故U2变大、U1变小，一定能使偏

4、转角变大，故B正确答案：B4(多选)如图甲所示，两平行金属板MN、PQ的板长和板间距离相等，板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场，电场方向与两板垂直不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方向源源不断地射入电场，粒子射入电场时的初动能均为Ek0.已知t0时刻射入电场的粒子刚好沿上板右边缘垂直电场方向射出电场，则()A所有粒子都不会打到两极板上B所有粒子最终都垂直电场方向射出电场C运动过程中所有粒子的最大动能不可能超过2Ek0D只有tn(n0,1,2，)时刻射入电场的粒子才能垂直电场方向射出电场解析：由t0时刻射入电场的粒子刚好沿上板右边缘垂直电场方向射出电场可知，粒子射出电场的时间间隔为周期

5、T的整数倍，此时粒子的偏转位移最大，A正确在竖直方向上，粒子做匀加速运动与匀减速运动的时间相同，最终竖直速度为零，故所有粒子最终都垂直电场方向射出，B正确，D错误t0时刻射入的粒子在竖直方向加速时间最长，故t时刻它达到所有粒子的最大动能，此时粒子水平位移为，竖直位移为，此处的位移偏角的正切tan ，由速度偏角正切tan 2tan 可得，45，那么vyv0，则有最大动能Ekmvmv2Ek0，C正确答案：ABC5.如图，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连若一带电粒子恰好能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子()A所受重力与电场力平衡B电势能逐渐减小C动能

6、逐渐增加D做匀变速直线运动解析：带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用，一是重力mg，方向竖直向下，二是电场力FEq，方向垂直于极板向上，因二力均为恒力，又已知带电粒子做直线运动，所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上，根据牛顿第二定律可知，该粒子做匀减速直线运动，选项D正确，选项A、C错误；从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出，电场力对粒子做负功，粒子的电势能增加，选项B错误答案：D6(2016合肥质检)如图所示，在竖直平面内固定的圆形绝缘轨道的圆心为O、半径为r、内壁光滑，A、B两点分别是圆轨道的最低点和最高点该区间存在方向水平向右的匀强电场，一质量为m、带负电的小球在轨道内侧做

7、完整的圆周运动(电荷量不变)，经过C点时速度最大，O、C连线与竖直方向的夹角60，重力加速度为g.求：(1)小球所受到的静电力的大小；(2)小球在A点速度v0多大时，小球经过B点时对圆轨道的压力最小？解析：(1)小球在C点速度最大，则在该点静电力与重力的合力沿半径方向，所以小球受到的静电力大小Fmgtan 60mg.(2)小球到达D点时速度最小，则小球经B点时对轨道的压力最小设在D点时轨道对小球的压力恰为零m得v由轨道上A点运动到D点的过程由能量守恒可得mgr(1cos )Frsin mvmv2解得v02.答案：(1)mg(2)2课时作业一、单项选择题1一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面

8、积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()AC和U均增大BC增大，U减小CC减小，U增大 DC和U均减小解析：由平行板电容器的决定式C知，当插入电介质后，r变大，则在S、d不变的情况下C增大；由电容定义式C得U，又电荷量Q不变，故两极板间的电势差U减小，B项正确答案：B2.如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B极板时速度为v，保持两板间电压不变，则()A当增大两板间距离时，v增大B当减小两板间距离时，v增大C当改变两板间距离时，v也会变化D当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间变长解析：电子从静止开始运动，根据动能定理，从A板运动

9、到B板动能的变化量等于电场力做的功因为保持两个极板间的电势差不变，所以末速度不变，而位移(两板间距离)如果增加的话，电子在两板间运动的时间变长，故D正确答案：D3.(2015江西八校二联)平行板电容器和电源、电阻、开关串联，组成如图所示的电路接通开关K，电源即给电容器充电，则()A保持K接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场强度减小B保持K接通，在两极板间插入一块铝板，则两极板间的电场强度增大C充电结束后断开K，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差增大D充电结束后断开K，在两极板间插入一块介质，则极板上的电势差增大解析：保持K接通时，电容器两极板间的电势差不变，减小两极板间的距离，根据E

10、可知，两极板间的电场强度增大，选项A错误；保持K接通，在两极板间插入一块铝板，根据静电平衡的特点可知，有电场存在的板间距离减小，根据E可知，两极板间的电场强度增大，选项B正确；充电结束后断开K，电容器两极板上的电荷量不变，减小两极板间的距离，电容器的电容增大，U，则两极板间的电势差减小，选项C错误；充电结束后断开K，在两极板间插入一块介质时，电荷量不变，电容器的电容增大，极板上的电势差减小，选项D错误答案：B4.如图所示，在平行板电容器正中央有一个带电微粒S闭合时，该微粒恰好能保持静止在以下两种情况下：保持S闭合；充电后将S断开下列说法能实现使该带电微粒向上运动到上极板的是()A情况下，可以通

11、过上移极板M实现B情况下，可以通过上移极板N实现C情况下，可以通过上移极板M实现D情况下，可以通过上移极板N实现解析：保持S闭合时，电容器电压不变，板间电场强度E，当d减小时E变大，可使电场力大于重力，从而使微粒向上运动，故选项A错误，选项B正确；充电后断开S时，电容器所带电荷量不变，板间电场强度E，C，所以E，E不随d而变化，选项C、D错误答案：B5(2016东北三校联考)如图所示，一重力不计的带电粒子以初速度v0射入水平放置、距离为d的两平行金属板间，射入方向沿两极板的中心线当极板间所加电压为U1时，粒子落在A板上的P点如果将带电粒子的初速度变为2v0，同时将A板向上移动后，使粒子由原入射

12、点射入后仍落在P点，则极板间所加电压U2为()AU23U1 BU26U1CU28U1 DU212U1解析：板间距离为d，射入速度为v0，板间电压为U1时，在电场中有at2，a，t，解得U1；A板上移，射入速度为2v0，板间电压为U2时，在电场中有dat2，a，t，解得U2，即U212U1，选D.答案：D二、多项选择题6.如图所示，水平放置的平行板电容器，上板带负电，下板带正电，断开电源，带电小球以速度v0水平射入电场，且沿下板边缘飞出若下板不动，将上板上移一小段距离，小球仍以相同的速度v0从原处飞入，则带电小球()A将打在下板中央B仍沿原轨迹运动由下板边缘飞出C不发生偏转，沿直线运动D若上板不

13、动，将下板上移一段距离，小球可能打在下板的中央解析：由题意可知电容器所带电荷量不变，因E，所以上板上移一小段距离，电容器产生的场强不变，以相同速度入射的小球仍将沿原轨迹运动由下板边缘飞出，选项B正确，A、C错误；若上板不动，将下板上移一段距离，小球可能打在下板的中央，选项D正确答案：BD7.(2016石家庄质检)如图所示，两平行金属板水平放置，板长为L，板间距离为d，板间电压为U，一不计重力、电荷量为q的带电粒子以初速度v0沿两板的中线射入，恰好沿下板的边缘飞出，则()A在前时间内，电场力对粒子做的功为UqB在后时间内，电场力对粒子做的功为UqC在粒子下落的前和后过程中，电场力做功之比为11D

14、在粒子下落的前和后过程中，电场力做功之比为12解析：粒子在两平行金属板间做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，在前后两个的时间内沿电场线方向的位移之比为13，即位移分别为d、d，则在前时间内，电场力对粒子做的功为Uq，在后时间内，电场力对粒子做的功为Uq，选项A错，B对；由WEqx知在粒子下落的前和后过程中，电场力做功之比为11，选项C对，D错答案：BC8(2015高考江苏卷)一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场，电场方向水平向左不计空气阻力，则小球()A做直线运动 B做曲线运动C速率先减小后增大 D速率先增大后减小解析：刚开始时带电小球所受重力

15、与电场力的合力F跟v0不在同一条直线上，所以它一定做曲线运动，A项错误，B项正确因重力与电场力的合力F为恒力，结合图可知运动过程中合力F与速度之间的夹角由钝角减小到锐角，其中直角时速率最小，所以带电小球的速率先减小后增大，故C项正确，D项错误答案：BC9(2015高考山东卷)如图甲所示，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()A末速度大小为v0B末速度沿水平方向C重力势能减少了m

16、gdD克服电场力做功为mgd解析：0T时间内微粒做匀速运动，说明mgE0q.内加速度为g向下，T内加速度向上也为g，因此射出极板时竖直速度为零，水平速度为v0，A错误，B正确整个过程中重力势能减少量WGmgmgd，C正确.0内，W电0，内，E0，W电0，T内，E2E0，W电2E0qmgd，D错误答案：BC10(2016合肥一模)如图所示，M、N是两块水平放置的平行金属板，R0为定值电阻，R1、R2为可变电阻，开关S闭合质量为m的带正电荷的微粒从P点以水平速度v0射入金属板间，沿曲线打在N板上的O点若经过下列调整后，微粒仍从P点以水平速度v0射入，则关于微粒打在N板上的位置说法正确的是()A保持

17、开关S闭合，增大R1，微粒打在O点左侧B保持开关S闭合，增大R2，微粒打在O点左侧C断开开关S，M极板稍微上移，微粒打在O点右侧D断开开关S，N极板稍微下移，微粒打在O点右侧解析：保持开关S闭合，R0两端的电压为U，增大R1，U将减小，电容器两端的电压减小，则微粒所受重力和电场力的合力增大，加速度a增大，则在竖直方向有at2，水平方向有xv0t，解得xv0，因a增大，则水平位移将减小，故微粒打在O点左侧，A正确保持开关S闭合，增大R2，不会影响电阻R0两端的电压，则电容器两端电压不变，微粒仍打在O点，B错误断开开关，电容器所带电荷量不变，两板间的电场强度E，结合C及C，可得E，若M极板稍微上移

18、，电场强度不变，电场力不变，则其所受合力不变，加速度不变，不会影响微粒的运动，故其还打在O点；若N极板稍微下移，加速度仍不变，但微粒在竖直方向的偏移量增大，即y，水平位移为xv0v0，水平位移将增大，故微粒打在O点右侧，C错误，D正确答案：AD三、非选择题11(2014高考安徽卷)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；(2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量；(3)

19、小球从开始下落运动到下极板处的时间解析：(1)小球到达小孔前是自由落体运动，根据速度位移关系公式，有v22gh，解得v(2)对从释放到到达下极板处的过程运用动能定理，有mg(hd)qEd0解得E电容器两极板间的电压为UEd电容器的带电荷量为QCU(3)加速过程中有hgt减速过程中有qEmgma，dattt1t2联立以上相关各式解得t答案：(1)(2)(3)12如图甲所示，长为L、间距为d的两金属板A、B水平放置，ab为两板的中心线，一个带电粒子以速度v0从a点水平射入，沿直线从b点射出若将两金属板接到如图乙所示的交变电压上，欲使该粒子仍能从b点以速度v0射出，求：(1)交变电压的周期T应满足什

20、么条件；(2)粒子从a点射入金属板的时刻应满足什么条件解析：(1)为使粒子仍从b点以速度v0穿出电场，在垂直于初速度的方向上，粒子的运动应为：加速、减速、反向加速、反向减速，经历四个过程后，回到中心线上时，在垂直于金属板的方向上速度正好等于零，这段时间等于一个周期，故有LnTv0，解得T.粒子在T内离开中心线的距离为ya2又a，E，解得y在运动过程中离开中心线的最大距离为ym2y粒子不撞击金属板，应有ymd解得T2d 故n ，即n取大于等于 的整数所以粒子的周期应满足的条件为T，其中n取大于等于 的整数(2)粒子进入电场的时间应为T、T、T故粒子进入电场的时间为tT(n1,2,3)答案：(1)T，其中n取大于等于的整数(2)tT(n1,2,3)11