2020高考物理單元卷 電容器與帶電粒子在電場中的運(yùn)動

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1、第三模塊 第6章 第3單元 一、選擇題 1．一帶電粒子在電場中只受電場力作用時，它不可能出現(xiàn)的運(yùn)動狀態(tài)是 (　　) A．勻速直線運(yùn)動 B．勻加速直線運(yùn)動 C．勻變速曲線運(yùn)動 D．勻速圓周運(yùn)動 解析：帶電粒子只在電場力作用下可以被加速，可以偏轉(zhuǎn)，(例如沿電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場和垂直電場進(jìn)入勻強(qiáng)電場中)，B、C可能；也可以做勻速圓周運(yùn)動(例如電子繞原子核的高速旋轉(zhuǎn))，D可能出現(xiàn)；不能做勻速直線運(yùn)動，A不可能出現(xiàn)． 答案：A 圖13 2．如圖13所示，從F處釋放一個無初速度的電子向B板方向運(yùn)動，指出下列對電子運(yùn)動的描述中哪句是錯誤的(設(shè)電源電動勢為U)

2、 (　　) A．電子到達(dá)B板時的動能是Ue B．電子從B板到達(dá)C板動能變化量為零 C．電子到達(dá)D板時動能是3Ue D．電子在A板和D板之間做往復(fù)運(yùn)動 解析：電子在AB之間做勻加速運(yùn)動，且eU＝ΔEk，A正確；在BC之間做勻速運(yùn)動，B正確；在CD之間做勻減速運(yùn)動，到達(dá)D板時，速度減為零，C錯誤，D正確． 答案：C 圖14 3．(2020年天津卷)如圖14所示，帶等量異號電荷的兩平行金屬板在真空中水平放置，M、N為板間同一電場線上的兩點(diǎn)，一帶電粒子(不計重力)以速度vM經(jīng)過M點(diǎn)在電場線上向下運(yùn)動，且未與下板接觸，一段時間后，粒子以速度vN折回N點(diǎn)，則 (　　) A．粒子受電

3、場力的方向一定由M指向N B．粒子在M點(diǎn)的速度一定比在N點(diǎn)的大 C．粒子在M點(diǎn)的電勢能一定比在N點(diǎn)的大 D．電場中M點(diǎn)的電勢一定高于N點(diǎn)的電勢 解析：兩平行金屬板間的電場為勻強(qiáng)電場．帶電粒子先向下運(yùn)動又折回說明粒子先向下做勻減速運(yùn)動，折回后向上做勻加速運(yùn)動．整個過程具有對稱性，由此可知B項正確． 答案：B 4．如圖15所示的示波管，當(dāng)兩偏轉(zhuǎn)電極XX′、YY′電壓為零時，電子槍發(fā)射的電子經(jīng)加速電壓加速后會打在熒光屏上的正中間(圖示坐標(biāo)的O點(diǎn)，其中x軸與XX′電場的場強(qiáng)方向重合，x軸正方向垂直于紙面指向紙內(nèi)，y軸與YY′電場的場強(qiáng)方向重合)．若要電子打在圖示坐標(biāo)的第Ⅲ象限，則 (　　

4、) 圖15 A．X、Y極接電源的正極，X′、Y′接電源的負(fù)極 B．X、Y′極接電源的正極，X′、Y接電源的負(fù)極 C．X′、Y極接電源的正極，X、Y′接電源的負(fù)極 D．X′、Y′極接電源的正極，X、Y接電源的負(fù)極 解析：若要電子打在圖示坐標(biāo)的第Ⅲ象限，電子在x軸上向負(fù)方向偏轉(zhuǎn)，則應(yīng)使X′接正極，X接負(fù)極；電子在y軸上也向負(fù)方向偏轉(zhuǎn)，則應(yīng)使Y′接正極，Y接負(fù)極，所以選項D正確． 答案：D 5．如圖16所示，兩平行金屬板水平放置并接到電源上，一個帶電微粒P位于兩板間恰好平衡，現(xiàn)用外力將P固定，然后使兩板各繞其中點(diǎn)在豎直平面內(nèi)逆時針轉(zhuǎn)過α角，如圖中虛線所示，撤去外力，則P在兩板間

5、 (　　) 圖16 A．保持靜止 B．水平向左做直線運(yùn)動 C．向左下方運(yùn)動 D．不知α角的值無法確定P的運(yùn)動狀態(tài) 解析：設(shè)初狀態(tài)極板間距是d，旋轉(zhuǎn)α角度后，極板間距變?yōu)閐cosα，所以電場強(qiáng)度E′＝，而且電場強(qiáng)度的方向也旋轉(zhuǎn)了α，由受力分析可知，豎直方向仍然平衡，水平方向有電場力的分力，所以微粒水平向左做勻加速直線運(yùn)動，故B選項正確．解決本題的關(guān)鍵是確定新場強(qiáng)與原來場強(qiáng)在大小、方向上的關(guān)系． 答案：B 圖17 6．平行板間有如圖17所示的周期性變化的電壓．重力不計的帶電粒子靜止在平行板中央，從t＝0時刻開始將其釋放，運(yùn)動過程無碰板情況．在圖17所示的圖象中，能正確定性

6、描述粒子運(yùn)動的速度圖象的是 (　　) 解析：0～時間內(nèi)粒子做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動.～T時間內(nèi)做加速度恒定的勻減速直線運(yùn)動，由對稱性可知，在T時速度減為零．此后周期性重復(fù)，故A對． 答案：A 7．傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖18所示為測定壓力的電容式傳感器，將電容器、零刻度在中間的靈敏電流計和電源串聯(lián)成閉合回路．當(dāng)壓力F作用于可動膜片電極上時膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)．從對膜片施加恒定的壓力開始到膜片穩(wěn)定之后，靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)情況為(已知電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏) (　　) 圖18 A．向左偏到某一刻度后回到零刻度

7、B．向右偏到某一刻度后回到零刻度 C．向右偏到某一刻度后不動 D．向左偏到某一刻度后不動 解析：由題意可知，電容器始終與電源相連，所以兩極板間的電壓U不變，壓力F作用于可動膜片電極上時，兩極板間距離d減小，電容C＝增大，由C＝可知，兩極板帶電荷量增加，即對電容器有一短暫的充電過程，又因為上極板帶正電，所以靈敏電流計指針向右偏；當(dāng)壓力使膜片穩(wěn)定后，電容不變，兩極板帶電荷量不變，電流計指針重新回到零刻度處．綜上所述，B選項正確． 答案：B 圖19 8．豎直放置的平行金屬板A、B連接一恒定電壓，兩個電荷M和N以相同的速率分別從極板A邊緣和兩板中間沿豎直方向進(jìn)入板間電場，恰好從極板B邊

8、緣射出電場，如圖19所示，不考慮電荷的重力和它們之間的相互作用，下列說法正確的是 (　　) A．兩電荷的電荷量可能相等 B．兩電荷在電場中運(yùn)動的時間相等 C．兩電荷在電場中運(yùn)動的加速度相等 D．兩電荷離開電場時的動能相等 解析：帶電粒子在電場中的類平拋運(yùn)動可分解為沿電場方向的勻加速運(yùn)動與垂直電場方向的勻速運(yùn)動兩個分運(yùn)動，所以兩電荷在電場中的運(yùn)動時間相等，B對；又因為d＝at2，a＝，因為偏轉(zhuǎn)量d不同，故a一定不同，C錯．由a＝，因不知m的關(guān)系，q可能相等，也可能不相等，故A正確．當(dāng)q相等時，電荷從進(jìn)入到離開，電場力做的功不同，由動能定理可知，兩電荷離開電場時的動能不同，D錯． 答

9、案：AB 9．(2020年全國卷Ⅱ)圖20中虛線為勻強(qiáng)電場中與場強(qiáng)方向垂直的等間距平行直線，兩粒子M、N質(zhì)量相等，所帶電荷的絕對值也相等．現(xiàn)將M、N從虛線上的O點(diǎn)以相同速率射出，兩粒子在電場中運(yùn)動的軌跡分別如圖中兩條實線所示．點(diǎn)a、b、c為實線與虛線的交點(diǎn)，已知O點(diǎn)電勢高于c點(diǎn)．若不計重力，則 (　　) 圖20 A．M帶負(fù)電荷，N帶正電荷 B．N在a點(diǎn)的速度與M在c點(diǎn)的速度大小相同 C．N在從O點(diǎn)運(yùn)動至a點(diǎn)的過程中克服電場力做功 D．M在從O點(diǎn)運(yùn)動至b點(diǎn)的過程中，電場力對它做的功等于零 解析：由O點(diǎn)電勢高于C點(diǎn)電勢知，場強(qiáng)方向垂直虛線向下，由兩粒子運(yùn)動軌跡的彎曲方向知N粒子

10、所受電場力方向向上，M粒子所受電場力方向向下，故M粒子帶正電、N粒子帶負(fù)電，A錯誤．N粒子從O點(diǎn)運(yùn)動到a點(diǎn)，電場力做正功．M粒子從O點(diǎn)運(yùn)動到c點(diǎn)電場力也做正功．因為UaO＝UOc，且M、N粒子質(zhì)量相等，電荷的絕對值相等，由動能定理易知B正確．因O點(diǎn)電勢低于a點(diǎn)電勢，且N粒子帶負(fù)電，故N粒子運(yùn)動中電勢能減少，電場力做正功，C錯誤．O、b兩點(diǎn)位于同一等勢線上，D正確． 答案：BD 10．(2020年全國卷Ⅱ)一平行板電容器的兩個極板水平放置，兩極板間有一帶電荷量不變的小油滴，油滴在極板間運(yùn)動時所受空氣阻力的大小與其速率成正比．若兩極板間電壓為零，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速下降；若兩極板間的

11、電壓為U，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速上升．若兩極板間電壓為—U，油滴做勻速運(yùn)動時速度的大小、方向?qū)⑹? (　　) A．2v、向下 B．2v、向上 C．3v、向下 D．3v、向上 解析：當(dāng)不加電場時，油滴勻速下降，即Ff＝kv＝mg；當(dāng)兩極板間電壓為U時，油滴向上勻速運(yùn)動，即F電＝kv＋mg，解之得：F電＝2mg，當(dāng)兩極間電壓為—U時，電場力方向反向，大小不變，油滴向下運(yùn)動，當(dāng)勻速運(yùn)動時，F(xiàn)電＋mg＝kv′，解之得：v′＝3v，C項正確． 答案：C 二、計算題 圖21 11．如圖21所示，一光滑斜面的直角點(diǎn)A處固定一帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的絕緣小球，另

12、一同樣小球置于斜面頂點(diǎn)B處，已知斜面長為L，現(xiàn)把上部小球從B點(diǎn)由靜止自由釋放，球能沿斜面從B點(diǎn)運(yùn)動到斜面底端C處，求： (1)小球從B處開始運(yùn)動到斜面中點(diǎn)D處時的速度； (2)小球運(yùn)動到斜面底端C處時，球?qū)π泵娴膲毫κ嵌啻螅? 解析：由于小球沿斜面下滑過程中所受電場力為變力，因此不能用功的定義來求解，只能用動能定理求解 (1)由題意知：小球運(yùn)動到D點(diǎn)時，由于AD＝AB，所以有電勢φD＝φB，即UDB＝φD－φB＝0① 則由動能定理得：mgsin30°＝mv－0② 聯(lián)立①②解得：vD＝③ (2)當(dāng)小球運(yùn)動至C點(diǎn)時，對球受力分析如圖22所示，則由平衡條件得： 圖22 FN＋F庫

13、sin30°＝mgcos30°④ 由庫侖定律得： F庫＝⑤ 聯(lián)立④⑤得： FN＝mg－ 由牛頓第三定律得：FN′＝FN＝mg－. 答案：(1)　(2)mg－ 圖23 12．如圖23所示，兩塊長3 cm的平行金屬板AB相距1 cm，并與300 V直流電源的兩極相連接，φA<φB.如果在兩板正中間有一電子(m＝9×10－31kg，e＝－1.6×10－19C)，沿著垂直于電場線方向以2×107m/s的速度飛入，則： (1)電子能否飛離平行金屬板？ (2)如果由A到B分布寬1 cm的電子帶通過此電場，能飛離電場的電子數(shù)占總數(shù)的百分之幾？ 解析：(1)當(dāng)電子沿AB兩板正中央以v0＝2×107m/s的速度飛入電場時，若能飛出電場，則電子在電場中的運(yùn)動時間為 t＝① 在沿AB方向上，電子受電場力的作用，在AB方向上的位移為 y＝at2② 又a＝＝＝③ 由①②③式得 y＝()2 ＝××()2m ＝6×10－3m＝0.6 cm， 而＝0.5 cm，所以y>，故粒子不能飛出電場． (2)從(1)的求解可知，與B板相距為y的電子帶是不能飛出電場的，而能飛出電場的電子帶寬度為x＝d－y＝(1－0.6) cm＝0.4 cm. 故能飛出電場的電子數(shù)占總電子數(shù)的百分比為： n＝×100%＝×100%＝40%. 答案：(1)不能　(2)40%