高考物理总复习 第7单元 静电场 专题训练（6）带电粒子在电场中运动的综合问题-人教版高三全册物理试题.doc

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1、专题训练(六)专题6带电粒子在电场中运动的综合问题时间 / 40分钟基础巩固1.(多选)2017湖南株洲一模 如图Z6-1所示,在真空中倾斜平行放置着两块带有等量异号电荷的金属板A、B,一个电荷量q=1.4110-4 C、质量m=1 g的带电小球自A板上的孔P以大小为0.1 m/s的水平速度v0飞入两板之间的电场,经0.02 s后又回到P点,其间未与B板相碰,g取10 m/s2,则()图Z6-1A.板间电场强度大小为100 V/mB.板间电场强度大小为141 V/mC.板与水平方向的夹角=30D.板与水平方向的夹角=452.2016合肥联考 如图Z6-2所示,正方体真空盒置于水平面上,它的AB

2、CD面与EFGH面为金属板,其他面为绝缘材料.ABCD面带正电,EFGH面带负电.从小孔P沿水平方向以相同的速率射入三个质量相同的带正电液滴甲、乙、丙,最后分别落在1、2、3三点,则下列说法中正确的是()图Z6-2A.三个液滴在真空盒中都做平抛运动B.三个液滴的运动时间不一定相同C.三个液滴落到底板时的速率相同D.液滴丙所带的电荷量最多3.(多选)2017四川自贡一诊 在地面附近存在一个有界电场,边界MN将空间分成上、下两个区域、,在区域中有竖直向上的匀强电场.在区域中离边界某一高度处由静止释放一个质量为m的带电小球A,如图Z6-3甲所示,小球运动的v-t图像如图乙所示,不计空气阻力,则()图

3、Z6-3A.小球受到的重力与电场力大小之比为35B.在t=5 s时,小球经过边界MNC.在小球向下运动的整个过程中,重力做的功大于克服电场力做的功D.在14 s过程中,小球的机械能先减小后增大4.(多选)2017长春质检 如图Z6-4所示,光滑绝缘斜面体ABC处于水平向右的匀强电场中,斜面AB的长度为0.5 m,倾角=37,带电荷量为+q、质量为m的小球(可视为质点)以大小为2 m/s的速度v0沿斜面匀速上滑.g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8.下列说法中正确的是()图Z6-4A.小球在B点的电势能大于在A点的电势能B.水平匀强电场的电场强度为C.若电场强度变为原来

4、的2倍,则小球运动的加速度大小为3 m/s2D.若电场强度变为原来的一半,则小球运动到B点时的速度为初速度v0的一半5.(多选)2017山东泰安质检 如图Z6-5甲所示,在两平行的金属板间加上如图乙所示的电压.在第1 s内,点电荷在两极板间处于静止状态,t=2 s时电荷在运动且未与极板接触,g取10 m/s2,则()图Z6-5A.在12 s内,点电荷做匀加速直线运动,加速度大小为10 m/s2B.在12 s内,点电荷做变加速直线运动,平均加速度大小为5 m/s2C.在12 s内,点电荷做变加速直线运动,2 s末加速度大小为10 m/s2D.在2 s末,点电荷的速度大小为10 m/s技能提升6.

5、(多选)2017青岛二模 如图Z6-6所示,两个带等量正电荷的点电荷分别位于x轴上的P、Q两点,其位置关于坐标原点O对称,圆弧曲线是一个以O点为圆心的半圆,c点为半圆与y轴的交点,a、b两点为一条平行于x轴的直线与半圆的交点.下列说法中正确的是()图Z6-6A.a、b两点的电势相同B.a、b两点的场强相同C.将一个正电荷q沿着圆弧从a点经c点移到b点,其电势能先增大后减小D.将一个正电荷q放在半圆上的任意一点,两点电荷对q的作用力大小分别是F1、F2,则为一定值7.(多选)2017西安联考 如图Z6-7甲所示,平行金属板A、B之间的距离为6 cm,两板间电场强度随时间变化的规律如图乙所示,周期

6、T=810-5 s,场强垂直于金属板由A指向B为正.电荷量为8.010-19 C、质量为1.610-26 kg的带正电的粒子在两板间中心处由静止释放,若不计粒子重力,粒子与金属板碰撞后即不再运动,则()图Z6-7A.粒子于t=0时刻释放时,一定能运动到B板B.粒子于t=时刻释放时,一定能运动到B板C.粒子于t=时刻释放时,一定能运动到A板D.粒子于t=时刻释放时,一定能运动到A板8.(多选)2017石家庄调研 如图Z6-8所示,一个带负电的小金属环套在粗糙绝缘细杆AB上,杆与水平面的夹角为,杆的下方O点处固定一个带正电的点电荷,OA=OB.现使小环以初速度v0从A点沿杆上滑,到达B点时其速度恰

7、好为零,小环滑回A点时速度为v.下列说法中正确的是()图Z6-8A.小环上滑过程中先做匀加速再做匀减速运动B.小环上滑时间小于下滑时间C.小环下滑过程,减少的重力势能等于摩擦产生的内能D.从A点出发到再回到A点的过程,小环克服摩擦力做的功等于小环损失的动能9.2017四川凉山一模 如图Z6-9所示,绝缘平板S放在水平地面上,S与水平面间的动摩擦因数=0.4.两块足够大且带等量异种电荷的平行金属板P、Q通过绝缘撑架板固定在S上,在两板间形成竖直向上的匀强电场,金属板间的距离d=1 m,P板的中央有一小孔,整个装置的总质量为M=0.36 kg.给装置某一初速度使其向右做直线运动,同时质量m=0.0

8、4 kg的带正电小球从离P板高h=1.25 m处由静止下落,恰好能进入孔内.小球进入电场时,装置的速度为v1=6 m/s.小球进入电场后,恰能运动到Q板且不与Q板接触,之后返回P板.不计空气阻力,g取10 m/s2,不考虑运动产生的磁场.求:(1)小球自由下落到小孔所用的时间;(2)刚释放小球时小球与小孔的水平距离x1;(3)小球返回P板时装置的速度.图Z6-9挑战自我10.质量为M、长度为l的矩形绝缘板放在光滑的水平面上,质量为m、带电荷量的绝对值为q的物块(视为质点)以初速度v0从绝缘板上表面的左端沿水平方向滑入,绝缘板所在空间有范围足够大的匀强电场,其场强大小E=(g为重力加速度),方向

9、竖直向下,如图Z6-10所示.已知物块与绝缘板间的动摩擦因数恒定,物块运动到绝缘板的右端时恰好相对绝缘板静止.若将匀强电场的方向改变为竖直向上,场强大小不变,且物块仍以原初速度从绝缘板左端的上表面滑入,结果当二者相对静止时,物块未到达绝缘板的右端.(1)当场强方向竖直向下时,求物块在绝缘板上滑动的过程中系统产生的热量;(2)求场强方向竖直向下时与竖直向上时物块受到的支持力大小之比;(3)当场强方向竖直向上时,求物块相对于绝缘板滑行的距离.图Z6-10专题训练(六)1.AD解析 对带电小球进行受力分析,如图所示,小球的加速度a= m/s2=-10 m/s2,根据几何关系得tan =1,故=45,

10、F电=mg=qE,解得E=100 V/m,故A、D正确,B、C错误.2.D解析 三个液滴在水平方向受到电场力作用,水平方向不是匀速直线运动,所以三个液滴在真空盒中不是做平抛运动,选项A错误;由于三个液滴在竖直方向做自由落体运动,故三个液滴的运动时间相同,选项B错误;三个液滴落到底板时竖直分速度相等,而水平分速度不相等,所以三个液滴落到底板时的速率不相同,选项C错误;由于液滴丙在水平方向上的位移最大,说明液滴丙在水平方向上的加速度最大,故丙所带的电荷量最多,选项D正确.3.AD解析 小球进入电场前做自由落体运动,进入电场后受到电场力作用而做减速运动,由v-t图可以看出,在t=1 s和4 s时,小

11、球经过边界MN,故B错误;由图像的斜率表示加速度可得,小球进入电场前的加速度为a1=,进入电场后的加速度大小为a2=,由牛顿第二定律得mg=ma1,F-mg=ma2,则电场力F=mg+ma2=ma1,所以重力mg与电场力F大小之比为35,故A正确;整个过程中,动能变化量为零,根据动能定理,整个过程中重力做的功与克服电场力做的功大小相等,故C错误;在14 s过程中,电场力先做负功后做正功,电势能先增大后减小,由于该过程中机械能和电势能的总和不变,所以小球的机械能先减小后增大,故D正确.4.BD解析 小球由A到B的过程中,电场力做正功,小球的电势能减小,选项A错误;因小球做匀速运动,由平衡条件知q

12、Ecos =mgsin ,所以电场强度E=,选项B正确;电场强度变为原来的2倍后,则有q2Ecos -mgsin =ma,所以a=gsin =6 m/s2,选项C错误;电场强度变为原来的一半后,则有mgsin -qcos =ma1,所以a1=3 m/s2,由-v2=2a1L,解得v=1 m/s,选项D正确.5.BC解析 第1 s内点电荷受重力和电场力作用而处于平衡状态,故电场力向上,与重力平衡,第2 s内电压变大,故电场强度变大,电场力变大,第2 s末电场强度增大为第1 s末的2倍,故电场力变为第1 s末的2倍,合力变为向上,大小为mg,且第2 s内合力随时间均匀增大,故加速度随时间均匀增大,

13、点电荷做变加速直线运动,平均加速度为=5 m/s2,A错误,B、C正确;根据速度时间公式可知,2 s末速度大小为v=t=5 m/s21 s=5 m/s,D错误.6.AD解析 根据等量同种点电荷产生的电场特点可知,a、b两点的电势相等,A正确;a、b两点的场强大小相等,但方向不同,B错误;正电荷从a点经c点移到b点,电势先降低后升高,由Ep=q得正电荷的电势能先减小后增大,C错误;由库仑定律和几何关系得,D正确.7.AD解析 粒子在板间运动的加速度a= m/s2=108 m/s2,在108(410-5)2 m=810-2 m=8 cm,因x1=3 cm,故若粒子于t=0时刻释放,则一定能运动到B

14、板,选项A正确;若粒子于t=时刻释放,则粒子向A板运动,最后到达A板,选项B错误;若粒子于t=时刻释放,则在的时间内粒子向B板加速运动,位移为x2=108(210-5)2 m=210-2 m=2 cm,在的时间内粒子向B板减速运动,位移为x3=x2=2 cm,故已经到达B板,选项C错误;若粒子于t=时刻释放,则在的时间内粒子向B板加速运动,位移为x2=108(10-5)2 m=0.510-2 m=0.5 cm,在的时间内粒子向B板减速运动,位移为x3=x2=0.5 cm,在T的时间内粒子向A板加速运动,位移为x2=108(310-5)2 m=4.510-2 m=4.5 cm,因4.5 cm-2

15、0.5 cm=3.5 cm3 cm,故粒子已经到达A板,选项D正确.8.BD解析 因小环在运动过程中受到的库仑力是变力,对其受力分析可知,小环在上滑过程中的加速度是变化的,并不是匀变速运动,选项A错误;由于上滑时的平均加速度大于下滑时的平均加速度,由运动学公式定性分析可知,小环上滑时间小于下滑时间,选项B正确;由功能关系可知,小环下滑过程中,减少的重力势能等于其回到A点时的动能和克服摩擦力做的功之和,选项C错误;小环从A点出发到再次回到A点的过程中,电场力做功为零,重力做功为零,故小环克服摩擦力做的功等于小环损失的动能,选项D正确.9.(1)0.5 s(2)3.5 m(3)2 m/s解析 (1

16、)小球自由下落,有h=解得t1= s=0.5 s.(2)装置加速度大小a1=g=4 m/s2由逆向思维得x1=v1t1+40.52 m=3.5 m.(3)小球在电场中运动时,对小球,由动能定理得mg(h+d)-Fd=0解得F=0.9 N小球在电场中加速,有F-mg=ma解得a=12.5 m/s2小球在电场中运动的时间t2=2 s=0.8 s小球在电场中时,对装置有(Mg+F)=Ma2解得a2=5 m/s2当小球返回到P板时,装置的速度v=v1-a2t2=6 m/s-50.8 m/s=2 m/s.10.(1)(2)(3)l解析 (1)无论场强方向竖直向上还是竖直向下,系统在水平方向上均动量守恒,有mv0=(m+M)v由能量守恒定律得Q=fs=(m+M)v2联立解得系统产生的热量Q=.(2)场强方向竖直向下时,有Q=f1s1场强方向竖直向上时,有Q=f2s2所以f1s1=f2s2由题意知s1s2,则f1FN1说明物块带负电场强方向竖直向下时,有FN1=mg-qE场强方向竖直向上时,有FN2=mg+qE又知E=故.(3)由以上各式得s2=l.