2019高考物理二轮复习第9讲电场及带电粒子在电场中的运动专题训练(含答案).pdf

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1、1 第 9 讲电场及带电粒子在电场中的运动一、选择题(每小题 6 分,共 48 分)1.(2018河北石家庄质检)(多选)如图所示,正方形 ABCD的四个顶点各固定一个点电荷,所带电荷量分别为+q、-q、+q、-q,E、F、O分别为 AB、BC及 AC的中点。下列说法正确的是()A.E 点电势低于F 点电势B.F 点电势等于E点电势C.E 点电场强度与F 点电场强度相同D.F 点电场强度大于O点电场强度2.(2018 山东菏泽一模)如图所示为某电场中x 轴上电势 随 x 变化的图像,一个带电粒子仅受电场力作用在 x=0 处由静止释放沿x 轴正向运动,且以一定的速度通过x=x2处,则下列说法正确

2、的是()A.x1和 x2处的电场强度均为零B.x1和 x2之间的场强方向不变C.粒子从 x=0 到 x=x2过程中,电势能先增大后减小D.粒子从 x=0 到 x=x2过程中,加速度先减小后增大3.(2018福建厦门检测)一带负电的粒子只在电场力作用下沿x 轴正方向运动,其电势能Ep随位移 x 变化的关系如图所示,其中 Ox2段是关于直线x=x1对称的曲线,x2x3段是直线,则下列说法正确的是()A.x1处电场强度最小,但不为零2 B.粒子在 Ox2段做匀变速运动,x2x3段做匀速直线运动C.在 O、x1、x2、x3处的电势 0、1、2、3的关系为32=01D.x2x3段的电场强度大小方向均不变

3、4.(2018天津理综,3,6分)如图所示,实线表示某电场的电场线(方向未标出),虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹,设 M点和 N点的电势分别为M、N,粒子在 M和 N时加速度大小分别为aM、aN,速度大小分别为vM、vN,电势能分别为EpM、EpN。下列判断正确的是()A.vMvN,aMaN B.vMvN,MNC.MN,EpMEpND.aMaN,EpMEpN5.(2018山东临沂一模)A、B为两等量异种点电荷,图中水平虚线为A、B连线的中垂线。现将另两个等量异种的检验电荷a、b 用绝缘细杆连接后,从离 AB无穷远处沿中垂线平移到AB的连线上,平移过程中两检验电荷位置始终关于中垂

4、线对称。若规定离AB无穷远处电势为零,则下列说法中正确的是()A.在 AB的连线上a 所处的位置电势a0 C.整个移动过程中,静电力对a 做正功D.整个移动过程中,静电力对a、b 整体做正功6.(2018江西上饶六校一联)(多选)一位同学用底面半径为r 的圆桶形塑料瓶制作了一种电容式传感器,用来测定瓶内溶液深度的变化,如图所示,瓶的外壁涂有一层导电涂层和瓶内导电溶液构成电容器的两极,它们通过探针和导线与电源、电流计、开关相连,中间的一层塑料为绝缘介质,其厚度为d,相对介电常数为 r。若发现在某段时间t 内有大小为I 的电流从下向上流过电流计,设电源提供电压恒定为U,则下列说法中正确的是()3

5、A.瓶内液面升高了B.瓶内液面降低了C.电容器在这段时间内放电D.瓶内液面高度在t 时间内变化了7.(2018湖北襄阳调研)(多选)如图所示,一平行板电容器两极板A、B水平放置,上极板 A接地,电容器通过滑动变阻器R和开关 S与电动势为E的电源相连。现将开关闭合,位于 A、B两板之间的P点的带电粒子恰好处于静止状态。则()A.B 板电势为-E B.改变滑动变阻器的滑片位置,带电粒子仍处于静止状态C.将 B板向上移动,P 点电势将不变D.将 B板向左平移,带电粒子电势能将不变8.(2018云南昆明检测)(多选)在竖直向上的匀强电场中,有两个质量相等、带异种电荷的小球A、B(均可视为质点)处在同一

6、水平面上。现将两球以相同的水平速度v0向右抛出,最后落到水平地面上,运动轨迹如图所示,两球之间的静电力和空气阻力均不考虑,则()A.A 球带正电,B 球带负电B.A 球比 B球先落地C.在下落过程中,A 球的电势能减少,B 球的电势能增加D.两球从抛出到各自落地的过程中,A 球的速率变化量比B球的小4 二、非选择题(每小题 16 分,共 32 分)9.(2018山东滕州一模)如图所示,相距 2L 的 AB、CD两直线间的区域存在着两个大小不同、方向相反的有界匀强电场,其中 PS下方的电场E1的场强方向竖直向上,PS 上方的电场E2的场强方向竖直向下,在电场左边界AB上宽为 L 的 PQ区域内,

7、连续分布着电量为+q、质量为m的粒子。从某时刻起由Q到 P点间的带电粒子,依次以相同的初速度v0沿水平方向垂直射入匀强电场E1中,若从 Q点射入的粒子,通过 PS上的某点 R进入匀强电场E2后从 CD边上的 M点水平射出,其轨迹如图,若 MS两点间的距离为。不计粒子的重力及它们间的相互作用。试求:(1)电场强度E1与 E2的大小;(2)在 PQ间还有许多水平射入电场的粒子通过电场后也能垂直于CD边水平射出,这些入射点到P点的距离有什么规律?5 10.(2018湖北宜昌调研)如图甲所示,两水平金属板A、B间的距离为d,极板长为l,A、B右端有一竖直放置的荧光屏,荧光屏距A、B右端的距离为0.7l

8、。A、B两板间加上如图乙所示的方波形电压,电压的正向值为 U0,反向值也为U0,A、B间的电场可看做匀强电场,且两板外无电场。现有质量为m、电荷量为 e(重力不计)的电子束,以速度 v0沿 A、B两板间的中心线OO射入两板间的偏转电场,所有电子均能通过偏转电场,最后打在荧光屏上。(1)求电子通过偏转电场的时间t0;(2)若 UAB的周期 T=t0,求从 OO上方飞出偏转电场的电子在飞出时离OO的最大距离;(3)若 UAB的周期 T=2t0,求电子击中荧光屏上O 点时的速率。6 答案精解精析一、选择题1.BD 根据对称性可知,E、F 两点电势相等,则 A项错误,B 项正确。根据对称性及场强的叠加

9、原理可知,E点和 F点电场强度大小相等而方向不同,O 点的电场强度为零,F 点的电场强度大于零,则 C项错误,D 项正确。2.D-x 图像中斜率表示场强,斜率的绝对值的大小表示场强的大小,斜率的正负表示场强的方向,题图中 x1和 x2之间的场强大小先减小后增大,场强方向先沿负方向后沿正方向,A、B项错误;粒子由 x=0 处由静止沿x 轴正向运动,表明粒子运动方向与电场力方向同向,则从 x=0 到 x=x2的过程中,电场力先做正功后做负功,电势能先减小后增大,C 项错误;因从 x=0 到 x=x2过程中,电场强度先减小后增大,故粒子的加速度先减小后增大,D 项正确。3.D 因为 Ep=Eqx,所

10、以=Eq,即图像的斜率表示电场力的大小,所以在 x1处电场力最小,为零,故在x1处电场强度最小,为零,A 错误;图像的斜率表示电场力的大小,所以粒子 Ox2段做变加速直线运动,x2x3段做匀加速直线运动,B 错误;根据电势能与电势的关系Ep=q,粒子带负电,q2=03,C 错误;x2x3段为直线,斜率恒定,所以该段为匀强电场,D 正确。4.D 本题考查带电粒子在电场中的运动。由粒子的轨迹知电场力的方向偏向右,因粒子带负电,故电场线方向偏向左,由沿电场线方向电势降低,可知 NM,EpMEpN。N点电场线比M点密,故场强 EMEN,由加速度 a=知 aMvN。综上所述,选项 D正确。5.B 由题意

11、及等量异种点电荷电场线特点可知:无穷远及中垂线上电势为零;电势沿电场线方向降落。设 AB连线的中点为O。由于 AB连线的垂直平分线是一条等势线,且一直延伸到无穷远处,所以 O点的电势为零。AO间的电场线方向由AO,而顺着电场线方向电势逐渐降低,可知,a 所处的位置电势a0,故 A错误;a 所处的位置电势a0,b 所处的位置电势b0,故 B正确;在平移过程中,a 所受的静电力与其位移方向的夹角为钝角,则静电力对 a 做负功,故 C错误;a、b 看成一个整体,原来总电势能为零,在 AB连线处系统总电势能Ep0,所以整个移动过程中,总电势能增大,静电力对a、b 整体做负功,故 D错误。7 6.BCD

12、 根据 C=,当 d、r不变时,CS,而正对面积S正比于液面高度h。电流计中有从下向上流过的电流,说明电容器在放电,电容器带电荷量Q=CU 在减小,在电压 U恒定时,说明电容C在减小,则 h 也在减小,瓶内的液面降低了,故 A错误,B、C项正确。t 时间内放电,释放的电荷量 Q=U C=It,C=,解得 h=,故 D项正确。7.ABD A、B两板的电势差为E,A-B=E,A=0,所以 B=-E,故 A正确;改变滑动变阻器的滑片位置,两极板间的电压不变,极板间的电场强度不变,粒子所受电场力不变,带电粒子仍处于静止状态,故 B正确;将 B板向上移动,极板间距离减小,极板间场强变大,A 板与 P点的

13、电势差变大,A 板电势不变,P 点电势变小,故 C错误;将 B板向左平移,极板间的距离和电压不变,场强不变,P 点电势不变,带电粒子电势能不变,故 D正确。8.AD 两球均做类平抛运动,水平方向上有x=v0t,竖直方向上有h=at2,得加速度大小a=,可见水平距离 x 越大,加速度 a 越小,相应所用时间t 越长,即 B球先落地,A 球的加速度a1小于 B球的加速度a2,说明A球带正电而受到竖直向上的电场力,B 球带负电而受到竖直向下的电场力,在下落过程中,电场力对A球做负功,A 球电势能增加,电场力对 B球做正功,B 球电势能减少,选项 A正确,B、C均错误;根据动能定理有 mah=mv2-

14、m,可见加速度a 越大,落地速度 v 越大,速率变化量越大,即 A球的速率变化量较小,选项 D正确。二、非选择题9.答案(1)(2)(n=2,3,4,)解析(1)设粒子由Q到 R及 R到 M点的时间分别为t1与 t2,到达 R时竖直速度为vy,则由 y=at2、vy=at及 F=qE=ma得:L=a1=a2=8 vy=t1=t2v0(t1+t2)=2L 联立解得E1=,E2=(2)由(1)知 E2=2E1,t1=2t2。因沿 PS方向所有粒子做匀速运动,所以它们到达CD边的时间同为t=。设 PQ间距离 P点为 h 的粒子射入电场后,经过 n(n=2,3,4,)个类似于 Q RM的循环运动(包括

15、粒子从电场E2穿过 PS进入电场E1的运动)后,恰好垂直于CD边水平射出,则它的速度第一次变为水平所用时间为 T=(n=2,3,4,),第一次到达PS边的时间则为T,则有h=(n=2,3,4,)。10.答案(1)(2)(3)解析(1)电子在水平方向做匀速运动有:v0t0=l 解得 t0=(2)当 T=t0时,t=0时刻进入偏转电场的电子向上侧移距离最大设最大距离为ym,加速度大小为a,则有:ym=2aa=解得最大距离ym=(3)当 T=2t0时,电子要到达O点在电场中必须在竖直方向上先加速后减速再反向加速,并且加速度大小相等,离开电场后竖直方向上匀速,从 O到 O 的整个过程向上的位移和向下的位移大小相等。设向上加速时间为 t,则在竖直方向上有:9 y上=2a(t)2y下=a(t0-2 t)2+a(t0-2 t)要到达 O点,则有 y上=y下解得:t=0.4t0,另一解:t=3舍去所以到达O点的电子在竖直方向上的速度大小为vy=a(t0-2t)到达荧光屏上O点的电子的速率为v=解得电子击中荧光屏上O点时的速率:v=