高考物理二轮复习 专题三 电场和磁场 专题突破练8 电场 带电粒子在电场中的运动-人教版高三全册物理试题.doc

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1、专题突破练8电场带电粒子在电场中的运动(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(共12小题,每小题7分,共84分。在每小题给出的四个选项中,第18小题只有一个选项符合题目要求,第912小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得7分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)1.(2016全国卷)关于静电场的等势面,下列说法正确的是()A.两个电势不同的等势面可能相交B.电场线与等势面处处相互垂直C.同一等势面上各点电场强度一定相等D.将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面,电场力做正功2.(2018广东茂名综合测试)真空中有一半径为r0的带电金属球壳,若取无穷远处为零电势,通过

2、其球心的一直线上各点的电势分布规律可用图中曲线表示,r表示该直线上某点到球心的距离,r1、r2分别是该直线上A、B两点离球心的距离。下列说法中正确的是()A.该球壳带负电B.A点的电场强度大于B点的电场强度C.若r2-r1=r1-r0,则A-B=0-AD.将电子从A点移到B点,电场力做正功3.(2017湖南株洲模拟)如图所示,R是一个定值电阻,A、B为水平正对放置的两块平行金属板,两板间带电微粒P处于静止状态,则下列说法正确的是()A.若增大A、B两金属板的间距,则有向右的电流通过电阻RB.若增大A、B两金属板的间距,P将向上运动C.若紧贴A板内侧插入一块一定厚度的金属片,P将向上运动D.若紧

3、贴B板内侧插入一块一定厚度的陶瓷片,P将向上运动4.(2018湖南常德模拟)在空间某区域存在一电场,x轴上各点电势随位置变化情况如图所示,图线为曲线,且关于纵轴对称。下列关于该电场的论述正确的是()A.图中A点对应的电场强度大于B点对应电场强度B.图中A点对应的电势大于B点对应电势C.一个带正电的粒子在x1点的电势能等于在-x1点的电势能D.一个带正电的粒子在-x1点的电势能大于在-x2点的电势能5.(2018安徽蚌埠一质检)如图甲为一对长度为L的平行金属板,在两板之间加上图乙所示的电压。现沿两板的中轴线从左端向右端连续不断射入初速度为v0的相同带电粒子(重力不计),且所有粒子均能从平行金属板

4、的右端飞出,若粒子在两板之间的运动时间均为T,则粒子最大偏转位移与最小偏转位移的大小之比是()A.11B.21C.31D.416.(2018福建漳州调研)如图,A、B、C三个点电荷分别固定于一个边长为a的正三角形的三个顶点,它们所带的电荷量分别为+Q、-2Q、-2Q,在三角形中心O释放一个带+q电荷的试探电荷,为了让该试探电荷静止在O点,需要在空间加上一个平行于三角形所在平面的匀强电场,则()A.所加匀强电场方向为由O指向A,电场强度大小为B.所加匀强电场方向为由A指向O,电场强度大小为C.撤去匀强电场,将试探电荷从O点移到BC中点,移动过程中试探电荷的电势能增加D.撤去匀强电场,将试探电荷从

5、O点移到BC中点,移动过程中电场力对试探电荷做正功7.(2018广东广州4月模拟)如图,带电粒子由静止开始,经电压为U1的加速电场加速后,垂直电场方向从两极板正中间进入电压为U2的平行板电容器,经偏转落在下板的中间位置。为使同样的带电粒子,从同样的初始位置由静止加速、偏转后能穿出平行板电容器,下列措施可行的是()A.保持U2和平行板间距不变,减小U1B.保持U1和平行板间距不变,增大U2C.保持U1、U2和下板位置不变,向下平移上板D.保持U1、U2和下板位置不变,向上平移上板8.(2018河南中原名校第四模)水平放置的平行板电容器与某一电源相连接后,断开开关,重力不可忽略的小球由电容器的正中

6、央沿水平向右的方向射入该电容器,如图所示,小球先后经过虚线的A、B两点。则()A.如果小球所带的电荷量为正电荷,小球所受的电场力一定向下B.小球由A到B的过程中电场力一定做负功C.小球由A到B的过程中动能可能减小D.小球由A到B的过程中,小球的机械能可能减小9.(2018河南濮阳三模)如图所示,竖直放置的两个平行金属板间存在匀强电场,与两板上边缘等高处有两个质量相同的带电小球,P小球从紧靠左极板处由静止开始释放,Q小球从两板正中央由静止开始释放,两小球最终都能运动到右极板上的同一位置。则从开始释放到运动到右极板的过程中,下列选项正确的是()A.P的运动时间大于Q的运动时间B.P、Q的电势能减少

7、量之比为41C.P、Q的动能增加量之比为41D.P、Q的电荷量之比为2110.(2018河北衡水金卷模拟)如图所示,竖直面内固定的均匀带电圆环半径为R,带电荷量为+Q,在圆环的最高点用绝缘丝线悬挂一质量为m、带电荷量为q的小球(大小不计),小球在垂直圆环平面的对称轴上处于平衡状态,小球到圆环中心O距离为R,已知静电力常量为k,重力加速度为g,则小球所处位置的电场强度为()A.B.C.kD.k11.(2018全国卷)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2 V。一电子经过a时的动能为10 eV,从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV。下列说法正确

8、的是()A.平面c上的电势为零B.该电子可能到达不了平面fC.该电子经过平面d时,其电势能为4 eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍12.(2018河南南阳期末)如图所示,一充电后与电源断开的平行板电容器的两极板水平放置,板长为L,板间距离为d,距板右端L处有一竖直屏M。一带电荷量为q、质量为m的质点以初速度v0沿中线射入两板间,最后垂直打在M上,则下列结论正确的是(已知重力加速度为g)()A.两极板间电压为B.板间电场强度大小为C.整个过程中质点的重力势能增加D.若仅增大两极板间距,则该质点不可能垂直打在M上二、计算题(本题共1个小题,共16分)13.(2018安徽安庆二模)电子

9、扩束装置由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成。偏转电场由加有电压的相距为d的两块水平平行放置的导体板组成,匀强磁场的左边界与偏转电场的右边界相距为s,如图甲所示。大量电子(其重力不计)由静止开始,经加速电场加速后,连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入偏转电场。当两板没有加电压时,这些电子通过两板之间的时间为2t0,当在两板间加如图乙所示的电压时,所有电子均从两板间通过,进入水平宽度为l,竖直宽度足够大的匀强磁场中,最后通过匀强磁场打在竖直放置的荧光屏上。问:甲乙(1)如果电子在t=0时刻进入偏转电场,则离开偏转电场时的侧向位移大小是多少?(2)电子在刚穿出两板之间的偏转电场时最大侧向位移与

10、最小侧向位移之比为多少?(3)要使侧向位移最大的电子能垂直打在荧光屏上,匀强磁场的磁感应强度为多少?(已知电子的质量为m、电荷量为e)专题突破练8电场带电粒子在电场中的运动一、选择题(共12小题,每小题7分,共84分。在每小题给出的四个选项中,第18小题只有一个选项符合题目要求,第912小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得7分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)1.B解析 电场中电势相同的点组成的面叫等势面,电场线与等势面垂直,电势相同的点电场强度不一定相同;电场强度相同的点电势也不一定相同;电场中某处电势只能是一个值,如果两等势面相交,就有两个值,故选项A、C错误,B正确。负电荷

11、从电势高处移向电势低处电场力做负功,所以选项D错误。2.B解析 根据图象知,从球壳向外电势逐渐降低,且电势大于零,故该球带正电,故A错误;根据电场强度公式E=可知,图象斜率大小等于电场强度,则得A点的电场强度大于B点的电场强度,故B正确;由于图象斜率大小等于电场强度,从O到A再到B,电场强度逐渐减小;故若r2-r1=r1-r0,则A-B0-A,故C错误;电子沿直线从A移到B的过程中,电场力方向由B指向A,所以电场力做负功,故D错误。3.C解析 由于两极板和电源相连,则两极板间的电压恒定,若增大A、B两金属板的间距,根据公式C=可知,电容减小,根据公式C=以及电压不变可得电容器两极板上所带电荷量

12、减小,故电容器放电,R中有向左的电流,A错误;由于两极板间的电压不变,若增大A、B两金属板的间距,根据公式E=可得两极板间的电场强度减小,电场力小于重力,微粒P将向下运动,B错误;若紧贴A板内侧插入一块一定厚度的金属片,相当于两极板间的距离减小,电场强度增大,则微粒P受到的电场力大于重力,P向上运动,C正确;若紧贴B板内侧插入一块一定厚度的陶瓷片,相当于r增大,两极板间的电场强度恒定不变,所以微粒P受到的电场力不变,P仍静止,D错误。故选C。4.C解析 -x图象的斜率大小等于电场强度,所以B点对应的电场强度大于A点对应的电场强度,故A错误;由题图易知A点对应的电势小于B点对应的电势,故B错误;

13、由题图可知,电场强度方向均指向O点,根据对称性可知,一个带正电的粒子在x1点的电势能等于在-x1点的电势能,故C正确;电场线指向O点,则正电荷由-x1到-x2的过程中电场力做负功,故电势能增加,故带正电的粒子在-x1点的电势能小于在-x2点的电势能,故D错误。5.C解析 设偏转电场电压不为零时,粒子在偏转场中的加速度为a,粒子在t=nT时刻进入偏转场,则竖直方向上先加速后匀速然后飞出偏转场,此时粒子偏转位移最大ymax=a2+aaT2。粒子在t=nT+时刻进入偏转场,则竖直方向上先静止后加速然后飞出偏转场,此时粒子偏转位移最小ymin=0+a2=aT2,则粒子最大偏转位移与最小偏转位移的大小之

14、比是31,故C项正确。6.D解析 O点是三角形的中心,到三个电荷的距离为r=asin 60=a,三个电荷在O处产生的电场强度大小EA=k,EB=EC=k,根据对称性和几何知识得知:E合=,方向由A指向O,所以所加匀强电场方向为由O指向A,电场强度大小为,故A、B错误;撤去匀强电场,将试探电荷从O点移到BC中点,电势降低,移动过程中电场力对试探电荷做正功,电势能减小,故D正确,C错误;故选D。7.D解析 粒子在电场中加速U1q=,在偏转电场中x=v0t,t2,解得x2=,开始时x=L,若要使x增大为L,保持U2和平行板间距不变,减小U1,则x会减小,选项A错误;保持U1和平行板间距不变,增大U2

15、,则x减小,选项B错误;保持U1、U2和下板位置不变,向下平移上板,则d减小,x减小,选项C错误;保持U1、U2和下板位置不变,向上平移上板,则x变大,故选项D正确,故选D。8.D解析 小球在极板间受到竖直向下的重力作用与电场力作用,由题图小球运动轨迹可知,小球向下运动,说明小球受到的合力竖直向下,重力与电场力的合力竖直向下;当小球带正电时,若上极板带正电荷,小球受到的合力向下,小球运动轨迹向下,若上极板带负电,但如果电场力小于重力,小球受到的合力向下,小球运动轨迹向下,故无法确定电场力与重力的大小关系,A错误;如果小球受到的电场力向下,小球从A运动到B点过程中电场力做正功,如果小球受到的电场

16、力向上,则电场力做负功,B错误;小球受到的合力向下,小球从A点运动到B点过程中合外力做正功,小球的动能增加,C错误;小球从A点运动到B点过程,如果所受电场力向上,则机械能减小,D正确。9.BD解析 小球在竖直方向为自由落体运动,两者下落高度相同,说明运动时间一样,故A错误。在水平方向小球做匀加速直线运动,根据x=t2,可知位移之比为21,说明P、Q粒子的电荷量之比为21,故D正确。电势能的减少量为电场力做的功,即EpPEpQ=2qUq=41,故B正确。动能增加量为合外力做的功,即EkPEkQ=(mgh+2qU)mgh+q,由于不知道重力与电场力的关系,故C错误;故选BD。10.AD解析 对小球

17、受力分析可知mgtan 45=qE,解得E=,则选项A正确,B错误;由于圆环不能看作点电荷,我们取圆环上一部分x,总电荷量为Q,则该部分电荷量为Q;该部分电荷在小球处产生的电场强度为E1=,方向沿该点与小球的连线指向小球;同理取以圆心对称的相同的一段,其电场强度与E1相同;则两个电场强度的合电场强度为E1=2cos 45=,方向应沿圆心与小球的连线向外;因圆环上各点均在小球处产生电场,则合电场强度为E=E1=,选项D正确,C错误;故选AD。11.AB解析 从a到d的过程克服电场力做功为6 eV,所以电场方向为水平向右,每个间距电势差为2 V,所以平面c电势为零,故A项正确;由于电子不一定垂直等

18、势面进入,可能做曲线运动,所以可能到达不了f平面,故B项正确;整个过程中能量守恒,可得平面a、b、c、d、f的电势能为-4 eV、-2 eV、0 eV、+2 eV、+4 eV,动能分别为+10 eV、+8 eV、+6 eV、+4 eV、+2 eV,故C项错误;由于电子经过b、d平面时的动能分别为8 eV和4 eV,所以该电子经过b平面时的速率是经过d时的倍,故D项错误。12.BC解析 据题分析可知,小球在极板间轨迹应向上偏转,做类平抛运动,飞出电场后,小球的轨迹向下偏转,才能最后垂直打在M屏上,前后过程质点的运动轨迹有对称性,如图所示:可见两次偏转的加速度大小相等,根据牛顿第二定律得:qE-m

19、g=ma,mg=ma,解得E=,由U=Ed得板间电势差U=d=,故A错误,B正确;小球在电场中向上偏转的距离y=at2,a=g,t=,解得:y=,故小球打在屏上的位置与P点的距离为:s=2y=,重力势能的增加量Ep=mgs=,故C正确。仅增大两板间的距离,因两板上电荷量不变,根据E=可知,板间电场强度不变,小球在电场中受力情况不变,则运动情况不变,故仍垂直打在M上,故D错误。故选BC。二、计算题(本题共1个小题,共16分)13.答案 (1)(2)31(3)解析 (1)当电子在t=0时刻进入偏转电场时,有y=+vyt0=t0t0,得y=。(2)由题意可知,要使电子的侧向位移最大,应让电子从0、2t0、4t0时刻进入偏转电场,在这种情况下,电子的侧向位移为ymax=+vyt0ymax=要使电子的侧向位移最小,应让电子从t0、3t0时刻进入偏转电场,在这种情况下,电子的侧向位移为ymin=所以最大侧向位移和最小侧向位移之比为ymaxymin=31。(3)设电子从偏转电场中射出时的偏向角为,电子在磁场中运动半径R,由于电子要垂直打在荧光屏上,由几何关系有:R=设电子从偏转电场中出来时的速度为vt,垂直偏转极板的速度为vy,则电子从偏转电场中出来时的偏向角为:sin =,式中vy=t0又R=,由上述四式可得:B=。