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- 2021-05-26 发布
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2020 届一轮复习人教版 电容器与电容 带电粒子在电场中的
运动 课时作业
一、选择题(本题共 10 小题,每小题 7 分,共 70 分。其中 1~7 为单
选,8~10 为多选)
1. [2017·重庆模拟]如图所示,空间有两个等量的正点电荷,a、b 两
点在其连线的中垂线上,则下列说法一定正确的是( )
A.电场强度 Ea>Eb B.电场强度 Eaφb D.电势 φa<φb
答案 C
解析 两个等量同种点电荷连线中点 O 的电场强度为零,无穷远处
电场强度也为零,故从中点 O 沿着中垂线向上到无穷远处电场强度
先增大后减小;由于两点电荷间距离以及 a、b 两点到 O 点的距离未
知,所以 a、b 两点的电场强度大小不能确定,A、B 错误;根据电场
强度的叠加原理可知,Oab 直线上电场强度方向向上,沿着电场线方
向电势逐渐降低,所以 a 点电势一定高于 b 点电势,C 正确,D 错误。
2. [2017·重庆模拟]一个正七边形七个顶点上各固定一个电荷量为 q
的点电荷,各电荷的电性如图所示,O 点是正七边形的几何中心。若
空间中有一点 M,且 MO 垂直于正七边形所在平面,则下列说法正
确的是( )
A.M 点的电场强度方向是沿着 OM 连线,由 O 点指向 M 点
B.M 点的电场强度方向是沿着 OM 连线,由 M 点指向 O 点
C.将一个负检验电荷从 M 点移动到无穷远处,电场力做正功
D.将一个正检验电荷从 M 点移动到无穷远处,电场力做正功
答案 D
解析 由于系统电荷分布不具有关于 OM 的对称性,所以 M 点电场
强度不会沿 OM 连线,A、B 错误;只考虑七个电荷在 OM 方向的电
场强度分量,可知电场强度方向从 O 指向 M 点,所以 M 点电势高于
无穷远处电势,故将一个负检验电荷从 M 点移动到无穷远处,电场
力做负功;将一个正检验电荷从 M 点移动到无穷远处,电场力做正
功,C 错误,D 正确。
3. [2017·山东烟台一模]直线 mn 是某电场中的一条电场线,方向如图
所示。一带正电的粒子只在电场力的作用下由 a 点运动到 b 点,轨迹
为一抛物线,φa、φb 分别为 a、b 两点的电势。下列说法中正确的是
( )
A.可能有 φa<φb
B.该电场可能为点电荷产生的电场
C.带电粒子在 b 点的动能一定大于在 a 点的动能
D.带电粒子由 a 运动到 b 的过程中电势能一定一直减小
答案 C
解析 因为轨迹是抛物线,所以粒子受力恒定,所处电场是一个匀强
电场,故不可能是点电荷形成的电场,B 错误;根据粒子在做曲线运
动过程中,受到的合力总指向轨迹内侧,并且粒子带正电,受到的电
场力方向和电场强度方向相同,可知粒子的运动轨迹有如图所示的 1、
2 两种情况,由图线 2 可知电场力一直做正功,电势能一直减小,动
能增大,电势减小,由图线 1 可知电场力先做负功,后做正功,总功
为正功,电势能先增大后减小,总体减小,故一定有 φa>φb,带电粒
子在 b 点的动能一定大于在 a 点的动能,A、D 错误,C 正确。
4. [2017·广西柳州模拟]如图所示,分别在 M、N 两点固定放置两个
点电荷+Q 和-q(Q>q),以 MN 连线的中点 O 为圆心的圆周上有 A、
B、C、D 四点。下列说法正确的是( )
A.A 点和 B 点电场强度相同
B.C 点和 D 点电场强度相同
C.将某正电荷从 C 点沿直线移到 D 点,电势能先增大再减小
D.将某正电荷从 C 点沿直线移到 D 点,电势能先减小再增大
答案 C
解析 由于 Q>q,分析可得 A 点处电场线比 B 点处电场线密,故 A
点电场强度大于 B 点电场强度,A 错误;电场关于 MN 对称,由于
Q>q,则 C 点电场强度大小等于 D 点电场强度大小,但两点电场强
度方向与两个点电荷的连线不平行,两点电场强度的方向不同,故两
点电场强度不相同,B 错误;由于 Q>q,故将某正电荷从 C 点移到 O
点,电场力做负功,电势能增大,从 O 点移到 D 点,电场力做正功,
电势能减小,C 正确,D 错误。
5.[2017·福建龙岩市质检]以无穷远处的电势为零,在电荷量为 q 的
点电荷周围某点的电势可用 φ=kq
r
计算,式中 r 为该点到点电荷的距
离,k 为静电力常量。两电荷量大小均为 Q 的异种点电荷固定在相距
为 L 的两点,如图所示。现将一质子(电荷量为 e)从两点电荷连线上
的 A 点沿以电荷+Q 为圆心、半径为 R 的半圆形轨迹 ABC 移到 C 点,
质子从 A 移到 C 的过程中电势能的变化情况为( )
A.增加 2kQe
L2-R2 B.增加2kQeR
L2-R2
C.减少2kQeR
L2+R2 D.减少 2kQe
L2+R2
答案 B
解析 A 点的电势为:φA=k -Q
L-R
+kQ
R
,C 点的电势为:φC=k -Q
L+R
+
kQ
R
,则 A、C 间的电势差为:UAC=φA-φC=- 2kQR
L2-R2
。质子从 A 移
到 C,电场力做功为 WAC=eUAC=-2kQeR
L2-R2<0,所以质子的电势能增
加2kQeR
L2-R2
,B 正确。
6. [2017·四川成都一诊]如图所示,竖直固定的光滑绝缘细杆上 O 点
套有一个电荷量为-q(q>0)的小环,在杆的左侧固定一个电荷量为
Q(Q>0)的点电荷,杆上 a、b 两点与 Q 正好构成等边三角形,c 是 ab
的中点。使小环从 O 点无初速释放,通过 a 点的速率为 v。若已知 ab
=Oa=l,静电力常量为 k,重力加速度为 g。则( )
A.在 a 点,小环所受弹力大小为kQq
l2
B.在 c 点,小环的动能最大
C.在 c 点,小环的电势能最大
D.在 b 点,小环的速率为 v2+2gl
答案 D
解析 在 a 点,小环所受的库仑力沿 aQ 方向,大小为 kQq
l2
,水平方
向小环受力平衡,所以小环受到向右的弹力大小等于库仑力沿水平方
向的分力 kQq
l2 sin60°= 3kQq
2l2
,A 错误;在 c 点时,小环水平方向受
到电场力和杆的弹力作用,竖直方向受到重力作用,合力竖直向下,
小环有竖直向下的加速度,所以在 c 点时小环的动能不是最大,B 错
误;c 点距离点电荷 Q 最近,电势最高,带负电荷的小环在 c 点的电
势能最小,C 错误;因为 a、b 两点到 Q 的距离相等,所以 a、b 两
点电势相等,小环从 a 点到 b 点,电场力做功为 0,应用动能定理得
mgl=1
2
mv2b-1
2
mv2,vb= v2+2gl,D 正确。
7.如图所示,若在这个示波管的荧光屏上出现了一个亮斑 P,那么
示波管中的( )
A.极板 X 应带正电
B.极板 X′应带正电
C.极板 Y 应带正电
D.极板 Y′应带正电
答案 AC
解析 由电子枪发射出的电子带负电,所以 P 点的亮斑是由于极板
X 和 Y 带正电所形成的,故 A、C 正确。
8.[2016·山东日照质检]如图所示,无限大均匀带正电薄板竖直放置,
其周围空间的电场可认为是匀强电场。光滑绝缘细管垂直于板穿过中
间小孔,一个视为质点的带负电小球在细管内运动(细管绝缘且光滑)。
以小孔为原点建立 x 轴,规定 x 轴正方向为加速度 a、速度 v 的正方
向,下图分别表示 x 轴上各点的电势 φ,小球的加速度 a、速度 v 和
动能 Ek 随 x 的变化图象,其中正确的是( )
答案 AB
解析 在匀强电场中,沿电场线方向,电势均匀降低,A 正确;带负
电小球受电场力与场强方向相反,在匀强电场中受电场力不变,故加
速度不变,所以在 x<0 区域内加速度方向为正方向,在 x>0 区域内为
负方向,B 正确;小球在原点的初速度为 v0,经过任意一段位移 x 后
的速度为 v,由匀变速直线运动规律可知,v2-v20=2ax,所以 vx
图象不是直线,C 错误;由动能定理有:Eqx=Ek-1
2
mv20,故 Ekx
图象应为一次函数图象,D 错误。
9. 三个电子从同一地点同时沿同一方向垂直进入偏转电场,出现如
图所示的轨迹,则可以判断( )
A.它们在电场中运动时间相同
B.A、B 在电场中运动时间相同,C 先飞离电场
C.C 进入电场时的速度最大,A 最小
D.电场力对 C 做功最小
答案 BCD
解析 三电子在电场中运动的加速度 a 相同,在垂直于极板方向,yA
=yB>yC,由 y=1
2
at2 知在电场中运动的时间 tA=tB>tC,A 错误,B 正
确;B、C 水平位移相同,tB>tC,故 vC>vB,而 A、B 运动时间相同,
但 xAvA,故 C 进入电场的速度最大,A 最小,C 正确;
电场力做功 W=Eqy,而 yA=yB>yC,故电场力对 C 做功最小,D 正
确。
10.如图甲所示,平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力),两
板间距离足够大。当两板间加上如图乙所示的交变电压后,在下图中,
反映电子速度 v、位移 x 和加速度 a 三个物理量随时间 t 的变化规律
可能正确的是( )
答案 AD
解析 在平行金属板之间加上如题图乙所示的交变电压时,电子在平
行金属板间所受的电场力大小不变,F=U0e
d
,由牛顿第二定律 F=ma
可知,电子的加速度大小不变,电子在第一个T
4
内向 B 板做匀加速直
线运动,在第二个T
4
内向 B 板做匀减速直线运动,在第三个T
4
内反向
做匀加速直线运动,在第四个T
4
内向 A 板做匀减速直线运动,所以 at
图象应如图 D 所示,vt 图象应如图 A 所示,A、D 正确,C 错误;
又因匀变速直线运动位移 x=v0t+1
2
at2,所以 xt 图象应是曲线,B 错
误。
二、非选择题(本题共 2 小题,共 30 分)
11.[2017·衡水二模](15 分)如图甲所示,两块水平平行放置的导电板,
板距为 d,大量电子(质量为 m,电荷量为 e)连续不断地从中点 O 沿
与极板平行的 OO′方向射入两板之间,当两板不带电时,这些电子
通过两板之间的时间为 3t0,当在两板间加如图乙所示的周期为 2t0、
幅值恒为 U0 的周期性电压时,所有的电子均能从两板间通过(不计重
力)。
求这些电子穿过平行板时距 OO′的最大距离和最小距离。
答案 3U0et20
md
3U0et20
2md
解析 以电场力的方向为正方向,画出电子在 t=0、t=t0 时刻进入电
场后,沿电场力方向的速度 vy 随时间变化的 vyt 图象如图丙和丁所
示
电场强度 E=U0
d
电子的加速度 a=Ee
m
=U0e
dm
由图丙中 vy1=at0=U0et0
dm
vy2=a×2t0=2U0et0
dm
由图丙可得电子的最大侧移,即穿过平行板时距 OO′的最大距离
ymax=vy1
2
t0+vy1t0+vy1+vy2
2
t0=3U0et20
md
由图丁可得电子的最小侧移,即穿过平行板时距 OO′的最小距离
ymin=vy1
2
t0+vy1t0=3U0et20
2md
。
12.[2016·北京高考](15 分)如图所示,电子由静止开始经加速电场加
速后,沿平行于板面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出。已知电
子质量为 m,电荷量为 e,加速电场电压为 U0。偏转电场可看作匀强
电场,极板间电压为 U,极板长度为 L,板间距为 d。
(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度 v0 和从电场
射出时沿垂直板面方向的偏转距离 Δy;
(2)分析物理量的数量级,是解决物理问题的常用方法。在解决(1)问
时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因。已知 U=
2.0×102 V,d=4.0×10-2 m,m=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,g
=10 m/s2;
(3)极板间既有静电场也有重力场。电势反映了静电场各点的能的性
质,请写出电势 φ 的定义式。类比电势的定义方法,在重力场中建
立“重力势”φG 的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点。
答案 (1) 2eU0
m
UL2
4U0d
(2)见解析
(3)φ=Ep
q
电势 φ 和重力势 φG 都是反映场的能的性质的物理量,仅
由场自身的因素决定。
解析 (1)根据动能定理可得:eU0=1
2
mv20
所以电子射入偏转电场时的初速度 v0= 2eU0
m
在偏转电场中,电子的运动时间
Δt=L
v0
=L m
2eU0
在偏转电场中,电子的加速度 a=eU
dm
。
偏转距离 Δy=1
2
a(Δt)2= UL2
4U0d
。
(2)考虑电子所受重力和电场力的数量级,有
重力 G=mg=9.1×10-30 N
电场力 F=eU
d
=8×10-16 N
由于 F≫G,因此不需要考虑电子所受的重力。
(3)电场中某点电势 φ 定义为电荷在该点的电势能 Ep 与电荷量 q 的
比值,即 φ=Ep
q
,由于重力做功与路径无关,可以类比静电场电势的
定义,将重力场中物体在某点的重力势能 EG 与其质量 m 的比值叫做
“重力势”,即 φG=EG
m
。
电势 φ 和“重力势”φG 都是反映场的能的性质的物理量,仅由场自
身的因素决定。