2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時集訓(xùn)8 電場的性質(zhì) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(含解析)
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1、專題限時集訓(xùn)(八) (建議用時:40分鐘) [專題通關(guān)練] 1.(2019·河北張家口聯(lián)考)空間存在平行于紙面的勻強(qiáng)電場,紙面內(nèi)有一菱形ABCD。將一個電子由C點(diǎn)移動到D點(diǎn),克服電場力做功1 eV。A點(diǎn)的電勢為3 V,則B點(diǎn)的電勢為( ) A.2 V B.3 V C.4 V D.6 V C [由題可得:WCD=-eUCD=-1 eV,解得:UCD=1 V,由公式:UCD=UBA=φB-φA,解得:φB=4 V。故選C。] 2.如圖所示,平行板電容器兩極板帶有等量異種電荷,與靜電計相連,靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地。在兩極板間有一固定在A點(diǎn)的點(diǎn)電荷,以E表示兩極
2、板間的電場強(qiáng)度,Ep表示點(diǎn)電荷在A點(diǎn)的電勢能,θ表示靜電計指針的偏角。若保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置,則( ) A.θ增大,E增大 B.θ增大,Ep不變 C.θ減小,Ep增大 D.θ減小,E不變 D [若保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離,根據(jù)C=可知,C變大;根據(jù)Q=CU可知,在Q一定的情況下,兩極板間的電勢差減小,則靜電計指針偏角θ減小;根據(jù)E=,Q=CU,C=,聯(lián)立可得E=,可知E不變;A點(diǎn)離下極板的距離不變,E不變,則A點(diǎn)與下極板間的電勢差不變,A點(diǎn)的電勢不變,故Ep不變;由以上分析可知,選項(xiàng)D正確。] 3.(2019·江西上饒
3、聯(lián)考)如圖所示,平行板電容器的電容為C,正極板帶電荷量為,負(fù)極板接地,兩極板間距離為d,今在距兩極板間離負(fù)極板處放一正點(diǎn)電荷q,則( ) A.q所受電場力的大小為 B.q所受電場力的大小為 C.q點(diǎn)處的電勢是 D.由于負(fù)極板接地,所以負(fù)極板電荷量為零 C [電容器兩板電勢差:U=;兩板場強(qiáng):E==;則q所受電場力的大小為F=Eq=,選項(xiàng)A錯誤;金屬板帶電荷量不能看作點(diǎn)電荷,故不能根據(jù)庫侖定律求解q所受的電場力,選項(xiàng)B錯誤;q點(diǎn)處的電勢是φ=ΔU=E=,選項(xiàng)C正確;負(fù)極板帶電荷量為-,選項(xiàng)D錯誤;故選C。] 4.(2019·蘇北三市聯(lián)考)如圖所示,金屬板帶有等量異種電荷,板
4、間某一豎直平面內(nèi)電場線的分布如實(shí)線所示,已知該平面內(nèi)P、O的連線為等勢線,且與電場線上兩點(diǎn)M、N的連線垂直。一帶電油滴在O點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)。則( ) A.若將油滴置于P處,仍能靜止 B.若將油滴從M處釋放,將沿電場線運(yùn)動至N處 C.M點(diǎn)的電勢一定比N點(diǎn)的高 D.油滴在M點(diǎn)的電勢能一定比在N點(diǎn)的小 D [由題可知,帶電油滴在O點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài),說明在O點(diǎn)的電場力與重力相等,由電場線的分布可知,P點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于O點(diǎn)電場強(qiáng)度,即EP>EO,則在P點(diǎn)的電場力大于重力,則油滴不會處于靜止?fàn)顟B(tài),故選項(xiàng)A錯誤;帶電油滴受到重力和電場力的作用,由于電場的方向?yàn)殡妶鼍€的切線方向,可知二者的合力的方
5、向時刻在變化,其合力的方向不沿著電場線,根據(jù)曲線運(yùn)動條件可知,油滴也不會沿電場線運(yùn)動到N處,故選項(xiàng)B錯誤;根據(jù)電場線的性質(zhì),可知沿著電場線電勢降低,由于電場線的方向未知,故M、N點(diǎn)電勢高低也是未知的,故選項(xiàng)C錯誤;若油滴帶負(fù)電,則上極板帶正電,則φM>φN,則根據(jù)電勢能公式Ep=φq可知:EPM 6、,U表示兩極板間的電壓,Ep表示電荷在P點(diǎn)的電勢能。若保持極板B不動,將極板A稍向上平移,則下列說法正確的是( )
A.E變小 B.U變大
C.Ep不變 D.電荷仍保持靜止
BCD [由C=可知,當(dāng)極板A稍向上平移時,d增大,C變小,但因二極管的存在,電容器不能放電,故電容器上的電荷量Q不變,由Q=CU可知,U變大,又E=,聯(lián)立各式可知E=,則板間電場強(qiáng)度不變,電荷仍靜止,且φP不變,故Ep=φPq也不變。A錯誤,B、C、D正確。]
易錯點(diǎn)評:(1)解題時易忽略當(dāng)有電容器的回路接有二極管時,因二極管的單向?qū)щ娦?,將使電容器的充電或放電受到限制?(2)下極板接地后不會判斷 7、P點(diǎn)的電勢和電勢能。
6.(原創(chuàng)題)(多選)某帶電金屬棒所帶電荷均勻分布,其周圍的電場線分布如圖所示,在金屬棒的中垂線上的兩條電場線上有A、B兩點(diǎn),電場中另有一點(diǎn)C。已知A點(diǎn)到金屬棒的距離大于B點(diǎn)到金屬棒的距離,C點(diǎn)到金屬棒的距離大于A點(diǎn)到金屬棒的距離,則( )
A.A點(diǎn)的電勢低于B點(diǎn)的電勢
B.B點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于C點(diǎn)的電場強(qiáng)度
C.將正電荷沿AC方向從A點(diǎn)移動到C點(diǎn),電場力做正功
D.負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢能小于其在B點(diǎn)的電勢能
AC [由圖,結(jié)合電場線的特點(diǎn)可知,該題中金屬棒兩側(cè)的電場是對稱的,設(shè)AB連線與金屬棒交點(diǎn)為O,由于OA>OB,所以O(shè)A之間的電勢差大于OB之間的電勢 8、差,根據(jù)沿電場線的方向電勢降低可知,A點(diǎn)的電勢低于B點(diǎn)的電勢,故A正確;根據(jù)電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱可知,B點(diǎn)的電場強(qiáng)度大,故B錯誤;沿著電場線方向電勢降低,A點(diǎn)電勢比C點(diǎn)高,則將正電荷沿AC方向從A點(diǎn)移動到C點(diǎn),電場力做正功,電勢能減小,故C正確;負(fù)電荷在電勢高的位置的電勢能小,所以負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢能大于其在B點(diǎn)的電勢能,故D錯誤;故選AC。]
7.(多選)(2019·考試大綱調(diào)研卷)如圖所示,帶電小球a用絕緣細(xì)線豎直懸掛,在帶電小球a下方的絕緣桌面上固定著兩個帶電小球b、c,三個小球均可看成點(diǎn)電荷。當(dāng)小球a處于平衡狀態(tài)時,它距桌面O點(diǎn)的距離為7.5 cm,距小球b、c的距離均為15 9、cm,且三個電荷在同一豎直平面上。已知小球a的電荷量為-3.00×10-8 C ,小球b、c的電荷量均為+3.00×10-4 C,OM之間的距離等于ON之間距離,下列說法正確的是( )
A.O處的電場強(qiáng)度大小為4.8 N/C
B.小球a 與b之間作用力大小為9.6 N
C.若小球a沿豎直方向向上運(yùn)動,則它的電勢能將減小
D.若小球b、c分別移到M、N兩點(diǎn),則細(xì)線的拉力將減小
D [由題知,電荷b、c在O點(diǎn)形成的合場強(qiáng)為0,故O處的合場強(qiáng)為電荷a在O處的場強(qiáng),大小為E==4.8×104 N/C,A錯誤;電荷a、b間的庫侖力大小為F==3.6 N,B錯誤,若小球a沿豎直方向向上運(yùn)動 10、,電場力做負(fù)功,電勢能增加,C錯誤;若小球b、c分別移到M、N兩點(diǎn),a受到的庫侖引力減小,故綱線拉力減小,D正確。]
8.(2019·全國考試大綱調(diào)研卷)如圖所示,三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔,小孔分別位于O、M、P點(diǎn)。由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動到P點(diǎn)。現(xiàn)將C板向右平移到P′點(diǎn),則由O點(diǎn)靜止釋放的電子( )
A. 運(yùn)動到P點(diǎn)返回
B. 運(yùn)動到P和P′點(diǎn)之間返回
C. 運(yùn)動到P′點(diǎn)返回
D. 穿過P′點(diǎn)
A [根據(jù)平行板電容器的電容的決定式C=、定義式C=和勻強(qiáng)電場的電壓與電場強(qiáng)度的關(guān)系式U=Ed可得E=,可知將C板向右平移到P′點(diǎn),B、C兩板間的電場 11、強(qiáng)度不變,由O點(diǎn)靜止釋放的電子仍然可以運(yùn)動到P點(diǎn),并且會原路返回,故選項(xiàng)A正確。]
[能力提升練]
9.(多選)(2019·山東青島聯(lián)考)如圖甲所示,兩個等量同種電荷P、Q固定于光滑絕緣水平面上,電荷量q=+1×10-3 C、質(zhì)量m=0.02 kg的小球從a點(diǎn)靜止釋放,沿中垂線運(yùn)動到電荷連線中點(diǎn)O過程中的v-t圖象如圖乙中圖線①所示,其中b點(diǎn)處為圖線切線斜率最大的位置,圖中②為過b點(diǎn)的切線,則下列說法正確的是( )
A.P、Q帶正電荷
B.b點(diǎn)的場強(qiáng)E=30 V/m
C.a(chǎn)、b兩點(diǎn)間的電勢差為90 V
D.小球從a到O的過程中電勢能先減少后增加
BC [帶正電的小球從a點(diǎn)由 12、靜止釋放,向上做加速運(yùn)動可知,受到向上的電場力,則aO線上的電場豎直向上,故兩電荷帶負(fù)電,故A錯誤;v-t圖象上斜率表示加速度可得:ab==1.5 m/s2①,根據(jù)牛頓第二定律得:qEb=ma②,①②聯(lián)立解得:Eb=30 V/m,故B正確;對小球由a到b,由動能定理得:qUab=mv-mv,由圖乙可得vb=3 m/s帶入解得:Uab=90 V,故C正確;由圖象乙可知,小球速度一直增大,電場力一直做正功,故電勢能一直減小,故D錯誤;故選B、C。]
10.(2019·天一大聯(lián)考)如圖所示,兩點(diǎn)電荷Q1、Q2連線延長線上有A、B兩點(diǎn)。現(xiàn)將一帶正電的試探電荷在A點(diǎn)由靜止釋放,恰好能在A、B間做往復(fù)運(yùn) 13、動,則下列說法正確的是( )
A.A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小相等,方向相反
B.試探電荷在A、B兩點(diǎn)的電勢能相等
C.試探電荷從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中,加速度先增大后減小
D.點(diǎn)電荷Q1帶正電、Q2帶負(fù)電,且Q1的電荷量大于Q2的電荷量
B [將一帶正電的試探電荷在A點(diǎn)由靜止釋放,恰好能在A、B間做往復(fù)運(yùn)動,可知A、B之間存在一個場強(qiáng)為零的點(diǎn)O,在從A到O場強(qiáng)方向向右,從O到B場強(qiáng)方向向左,因Q1、Q2兩電荷帶電荷量大小未知,不能確定A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小,選項(xiàng)A錯誤;因試探電荷在A、B兩點(diǎn)的速度為零,而電荷的電勢能和動能之和守恒,則試探電荷在A、B兩點(diǎn)的電勢能相等,選項(xiàng)B正確;因A、 14、B之間存在一個場強(qiáng)為零的O點(diǎn),可知試探電荷從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中,加速度先減小后增大,選項(xiàng)C錯誤;場強(qiáng)為零的O點(diǎn)在A、B之間,由點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式以及疊加原理可知,點(diǎn)電荷Q1帶負(fù)電、Q2帶正電,且Q1的電荷量大于Q2的電荷量,選項(xiàng)D錯誤;故選B。]
11.(2018·歷城二中模擬)真空中存在電場強(qiáng)度大小為E的勻強(qiáng)電場,一比荷(即電荷量與質(zhì)量的比值)為k的帶電油滴在該電場中由靜止出發(fā),豎直向上做勻加速直線運(yùn)動。運(yùn)動一段時間后,將電場強(qiáng)度的大小突然變?yōu)槟持?,但保持其方向不變。持續(xù)同樣的一段時間后,油滴回到出發(fā)點(diǎn)。重力加速度大小為g。
(1)求變化以后的電場強(qiáng)度大小E′;
(2)若把帶電油滴換成 15、電性和比荷相同的帶電粒子(重力不計),在上述變化的電場中經(jīng)歷相同時間的運(yùn)動。求粒子最終速度大小與油滴最終速度大小的比值。
[解析] (1)選油滴為研究對象,豎直向上做勻加速直線運(yùn)動的過程中:
a1==kE-g
v1=a1t
x1=a1t2
場強(qiáng)變化后a2==g-kE′
x2=-v1t+a2t2
解得a2=3a1,E′=-3E。
(2) 油滴的末速度大小
v2=-v1+a2t=-a1t+a2t=-(kE-g)t+(g-kE′)t
選帶電粒子為研究對象,先豎直向上做勻加速直線運(yùn)動:
a1′==kE,v1′=a1′t
場強(qiáng)變化以后,帶電粒子仍向上做勻加速直線運(yùn)動:
a2′= 16、=kE′
v2′=v1′+a2′t=kEt+kE′t
則==。
[答案] (1)-3E (2)
題號
內(nèi)容
押題依據(jù)
核心考點(diǎn)
核心素養(yǎng)
電場性質(zhì)的分析
以不等量電荷電場分布為背景
科學(xué)思維:立足教材拓展提升
圖所示,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,A點(diǎn)的坐標(biāo)為(2a,0),三角形ABC為等邊三角形,邊長為2a。x軸為等邊三角形的對稱軸,坐標(biāo)原點(diǎn)O和等邊三角形中心Q兩點(diǎn)處固定著電荷量分別為-3q和+q的兩個點(diǎn)電荷,在上述兩個點(diǎn)電荷所形成的電場中,取無窮遠(yuǎn)處的電勢為0,下列說法正確的是( )
A.不包括無窮遠(yuǎn)處電勢為0的點(diǎn),在x軸上只有一個點(diǎn)電勢為0
B 17、.不包括無窮遠(yuǎn)處電場強(qiáng)度為0的點(diǎn),在x軸上只有A處電場強(qiáng)度為0
C.B點(diǎn)的電勢大于A點(diǎn)的電勢
D.某一負(fù)電荷放在C點(diǎn)的電勢能小于放在A點(diǎn)的電勢能
B [因?yàn)閮牲c(diǎn)電荷帶不等量的異種電荷,所以兩點(diǎn)電荷連線所在直線上電勢為零的點(diǎn)有兩個,一個在兩電荷之間,另一個在電荷量較小的電荷即正電荷右側(cè),選項(xiàng)A錯誤;Q點(diǎn)為等邊三角形中心,等邊三角形邊長為2a,根據(jù)幾何關(guān)系有xQA=a,電荷量為+q的點(diǎn)電荷在A點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為Et=k==k,方向沿x軸正方向,電荷量為-3q的點(diǎn)電荷在A點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為E2=k=k=k,方向沿x軸負(fù)方向,所以A點(diǎn)的合場強(qiáng)為零,分析知除無窮遠(yuǎn)處,x軸上的其他點(diǎn)場強(qiáng)不可能為零,選項(xiàng)B正確;電荷量為+q的點(diǎn)電荷距A、B兩點(diǎn)的距離相等,在該點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中,A、B兩點(diǎn)的電勢相同,電荷量為-3q的點(diǎn)電荷距B點(diǎn)的距離小于距A點(diǎn)的距離,所以在該點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中,B點(diǎn)的電勢小于A點(diǎn)的電勢,電勢為標(biāo)量,所以在兩點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中,B點(diǎn)的電勢小于A點(diǎn)的電勢,選項(xiàng)C錯誤;同理可得,C點(diǎn)的電勢小于A點(diǎn)的電勢,根據(jù)Ep=qφ知,負(fù)電荷在電勢越高處電勢能越小,所以負(fù)電荷在C點(diǎn)的電勢能大于在A點(diǎn)的電勢能,選項(xiàng)D錯誤。]
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