专题15 带电粒子在电场中的运动-2017年高考物理冲刺专题卷

专题15 带电粒子在电场中的运动-2017年高考物理冲刺专题卷

www.ks5u.com 第I卷 一、选择题（本题共8小题，在每小题给出的四个选项中，至少有一项符合题目要求）‎ ‎1．如图所示，平行板电容器充电后断开电源，板间有一点P，在P点固定一个试探电荷q.现将下极板向下平移一小段距离，如果用F表示试探电荷在P点所受的电场力，用E表示极板间的电场强度，用φ表示P点的电势，用Ep表示试探电荷在P点的电势能，则下列物理量随两板间距离d的变化关系的图线，可能正确的是(　　)‎ ‎【答案】C ‎【题型】选择题 ‎【难度】一般 ‎2. 如图所示，在真空中有一对带电的平行金属板水平放置．一带电粒子沿平行于板面的方向，从左侧两极板中央射入电场中，恰能从右侧极板边缘处离开电场．不计粒子重力．若可以改变某个量，下列哪种变化，仍能确保粒子一定飞出电场(　　)‎ A．只增大粒子的带电量 B．只增大电场强度 C．只减小粒子的比荷 D．只减小粒子的入射速度 ‎【答案】C ‎【题型】多选题 ‎【难度】较易 ‎3. 如图所示，在真空室中有一水平放置的不带电平行板电容器，板间距离为d，电容为C，上板B接地．现有大量质量均为m、带电量均为q的小油滴，以相同的初速度持续不断地从两板正中间沿图中虚线所示方向射入，第一滴油滴正好落到下板A的正中央P点．如果能落到A板的油滴仅有N滴，且第N＋1滴油滴刚好能飞离电场，假定落到A板的油滴的电量能被板全部吸收，不考虑油滴间的相互作用，重力加速度为g，则以下说法错误的是(　　)‎ A．落到A板的油滴数N＝‎ B．落到A板的油滴数N＝‎ C．第N＋1滴油滴通过电场的整个过程所增加的动能等于 D．第N＋1滴油滴通过电场的整个过程所减少的机械能等于 ‎【答案】A ‎【题型】多选题 ‎【难度】一般 ‎4．如图所示，平行板电容器与电动势为E′的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略．一带负电油滴被固定于电容器中的P点．现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则下列说法中正确的是(　　) ‎ A．平行板电容器的电容将变小 B．静电计指针张角变小 C．带电油滴的电势能将减少 D．若先将上极板与电源正极的导线断开，再将下极板向下移动一小段距离，则带电油滴所受电场力不变 ‎【答案】ACD ‎【解析】将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离时，两极板的正对面积S不变，间距d变大，‎ ‎【题型】多选题 ‎【难度】一般 ‎5．如图所示，一竖直放置的平行板电容器与电源连接后充电，然后与电源断开，两板所带电荷量分别为Q1、Q2，两板之间的距离d＝0.5 cm.如果两个平行金属板之间有A、B两点，其电势分别为φA＝－40 V，φB＝－10 V，AB＝0.3 cm，AB与竖直方向的夹角 θ＝30°，则下列说法正确的是(　　)‎ A．Q1为正电荷，Q2为负电荷 B．两板间的电场强度大小为2.0×104 V/m C．如果使每个板的电荷量都减少了3×10－4 C后，电容器两板间电压降为原来的，则此电容器的电容为4.5 μF D．若把电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是零 ‎【答案】BC ‎【解析】两板电荷的电性可根据场强方向确定，电场强度的大小可由E＝求得．带等量异种电荷的两个平行金属板之间的电场为匀强电场，又φA＜φB ‎，则电场线一定垂直于板向左，场强方向垂直于板向左，所以Q1为负电荷，Q2为正电荷，A项错误；由E＝，d1＝ABsin 30°＝0.15 cm＝1.5×10－3 m，知E＝ V/m＝2.0×104 V/m，B项正确；设电容为C，原电荷量、电压分别为Q、U，电荷量及电压的改变量分别为ΔQ和ΔU，根据电容不变得C＝＝，整理得C＝，又电容器两板间电势差的变化量为ΔU＝U(1－)＝Ed×＝ V，故C＝＝F＝4.5 μF，C项正确；电容器的电容是由其本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容不变，D项错误．‎ ‎【题型】多选题 ‎【难度】较易 ‎6．如图甲，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．t＝0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0～T时间内运动的描述，正确的是(　　)‎ A．末速度大小为v0‎ B．末速度沿水平方向 C．重力势能减少了mgd D．克服电场力做功为mgd ‎【答案】BC ‎【题型】多选题 ‎【难度】一般 ‎7. 如图所示，倾斜放置的平行板电容器两极板与水平面的夹角为θ，极板间距为d，带负电的微粒质量为m、带电荷量为q，微粒从极板M的左边缘A处以初速度v0水平射入极板间，沿直线运动并从极板N的右边缘B处射出，则(　　)‎ A．微粒到达B点时动能为 B．微粒的加速度大小等于gsin θ C．两极板间的电势差UMN＝‎ D．微粒从A点到B点的过程中电势能减少 ‎【答案】C ‎【题型】选择题 ‎【难度】一般 ‎8．如图所示，匀强电场分布在边长为L的正方形区域ABCD内，M、N分别为AB和AD的中点，一个初速度为v0、质量为m、电荷量为q的带负电粒子沿纸面射入电场．带电粒子的重力不计．如果带电粒子从M点垂直电场方向进入电场，则恰好从D点离开电场．若带电粒子从N点垂直BC方向射入电场，则带电粒子(　　)‎ A．从BC边界离开电场 B．从AD边界离开电场 C．在电场中的运动时间为 D．离开电场时的动能为 ‎【答案】BD ‎【题型】多选题 ‎【难度】一般 第Ⅱ卷 二、非选择题（本题共4个小题。写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）‎ ‎9. 如图所示，竖直虚线MN、PQ将两竖直挡板间的空间分成等间距的三个区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在区域Ⅰ内有一与水平线OO1成37°角的光滑绝缘斜面AC(C是MN与OO1的交点)，区域Ⅱ内有竖直向上的匀强电场，区域Ⅲ内存在水平向左的匀强电场，两区域电场强度均未知．现有一电荷量为q、质量为m的带电滑块(可视为质点)从左挡板的A点由静止释放，从C点进入区域Ⅱ后恰好能垂直PQ进入区域Ⅲ，最后滑块恰好与右挡板相切于D点(图中没画出)，已知各区域宽均为L，重力加速度为g，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，滑块运动中所带电荷量不变，求：‎ ‎(1)区域Ⅱ中电场强度E1的大小； ‎ ‎(2)区域Ⅲ中电场强度E2的大小；‎ ‎(3)O1D的长度．‎ ‎【答案】(1) (2) (3)‎ ‎ (2)区域Ⅲ内滑块在水平方向做匀减速直线运动且在左挡板时速度恰好为0，竖直方向做自由落体运动 vCcos 37°＝t2‎ L＝·t2‎ y2＝‎ 联立解得E2＝，y2＝‎ ‎(3)由以上可知O1D的长为L＝y1＋y2＝‎ ‎【题型】计算题 ‎【难度】一般 ‎10．如图甲所示，A、B为两块相距很近的平行金属板，A、B间电压为UAB＝－U0，紧贴A板有一电子源，不停地飘出质量为m、带电荷量为e的电子(可视为初速度为0)．在B板右侧两块平行金属板M、N间加有如图乙所示的电压，电压变化的周期T＝L，板间中线与电子源在同一水平线上．已知板间距为d＝L，极板长为L，偏转板右边缘S处有荧光屏，经时间t统计(t≫T)只有50%的电子能打到荧光屏上．板外无电场，求：‎ ‎(1)电子进入偏转板时的速度；‎ ‎(2)时刻沿中线射入偏转板间的电子刚射出偏转板时与板间中线的距离；‎ ‎(3)电子打在荧光屏上的范围Y.‎ ‎【答案】(1) (2) 0 (3) Y＝‎ ‎ (3)电子应在一个周期的时间内射出偏转板，而有50%的电子由于偏转量太大，不能射出，经分析知电子在T～T，T～T(k＝0,1,2，…)时进入偏转极板，能射出，有a＝‎ ‎＝2×a(T)2－2×a(T)2‎ 则Y＝‎ 因为电子射入偏转板时，竖直方向速度为0，所以电子打在荧光屏上的范围Y＝.‎ ‎【题型】计算题 ‎【难度】一般 ‎11．如图所示，水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的圆弧形光滑绝缘轨道BCD 平滑连接，圆弧的半径R=0.50 m.轨道所在空间存在水平向右的匀强电场电场强度E=1.0×104 N/C.现有一质量m=0.06 kg的带电小球（可视为质点）放在水平轨道上与B端距离s=1.0 m 的位置，由于受到电场力的作用，带电体由静止开始运动.已知带电体所带的电荷量q=8.0×10-5 C，取g=10 m/s2，试问： （1）带电小球能否到达圆弧最高点D？ （2）带电小球运动到何处时对轨道的压力最大？最大值为多少？‎ ‎【答案】（1）带电小球能到达圆弧最高点D （2）‎ ‎ （2）小球在电场中受到的电场力和重力的合力大小为 F==1N 方向与竖直方向的夹角为：tanθ===‎ 解得θ=53° 当F方向通过圆心O向外时，速度达到最大，设此位置为P． 小球从A到到P的过程，由动能定理得： qE（s+Rsinθ）-mg（R-Rcosθ）=‎ ‎ 在P点，由牛顿第二定律得：N-F= 解得：N=5N ‎【题型】计算题 ‎【难度】较难 ‎12．如图所示，一质量为m、电荷量为q的带正电小球（可看做质点）从y轴上的A点以初速度v0水平抛出，两长为L的平行金属板M、N倾斜放置且与水平方向间的夹角为θ=37°．（sin37°=0.6） （1）若带电小球恰好能垂直于M板从其中心小孔B进入两板间，试求带电小球在y轴上的抛出点A的坐标及小球抛出时的初速度v0； （2）若该平行金属板M、N间有如图所示的匀强电场，且匀强电场的电场强度大小与小球质量之间的关系满足 ，试计算两平行金属板M、N之间的垂直距离d至少为多少时才能保证小球不打在N板上。‎ ‎【答案】（1） （2）‎ ‎【解析】（1）设小球由y轴上的A点运动到金属板M的中点B的时间为t，由题意，在与x轴平行的方向上，有：cosθ=v0t tanθ= 带电小球在竖直方向上下落的距离为：h= 所以小球抛出点A的纵坐标为：y=h+sinθ， 以上各式联立并代入数据可解得：，y= ‎ t=‎ h= 所以小球抛出点A的坐标为（0，） 小球抛出时的初速度大小为： 【题型】计算题 ‎【难度】较难 ‎ ‎