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  • 2021-05-31 发布

2012高考物理总复习训练:6_3 电容器与电容、带电粒子在电场中的运动

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1.冬天当脱毛衫时,静电经常会跟你开个小玩笑.下列一些相关的说法中正确的是( ) A.在将外衣脱下的过程中,内外衣间摩擦起电,内衣和外衣所带的电荷是同种电荷 B.如果内外两件衣服可看做电容器的两极,并且在将外衣脱下的某个过程中两衣间电荷 量一定,随着两衣间距离的增大,两衣间电容变小,则两衣间的电势差也将变小 C.在将外衣脱下的过程中,内外两衣间隔增大,衣物上电荷的电势能将增大(若不计放电 中和) D.脱衣时如果人体带上了正电,当手接近金属门把时,由于手与门把间空气电离会造成 对人体轻微的电击 解析:根据电荷守恒知,A 错;当 C=Q U 和 C∝S d 知,当内外衣之间的距离 d 增大时,两 衣间的电势差增大,B 错;因为内外 衣所带的是异种电荷,产生静电引力作用, 故当两衣之 间的距离增大时,电场力做负功,电荷的电势能增大,C 对;由于人体带上正电荷,当手靠近 金属门把时,产生静电感应现象,当两者之间的电压足以使空气电离时,产生放电现象,故人 感觉到有轻微的电击,D 也正确. 答案:CD 2.如图所示,C 为中间插有电介质的电容器,a 和 b 为其两极板,a 板接地;P 和 Q 为两 竖直放置的平行金属板,在两板间用绝缘线悬挂一带电小球;P 板与 b 板用导线相连,Q 板接 地.开始时悬线静止在竖直方向,在 b 板带电后,悬线偏转了角度α.在以下方法中,能使悬线 的偏角α变大的是( ) A.缩小 a、b 间的距离 B.加大 a、b 间的距离 C.取出 a、b 两极板间的电介质[来源:学。科。网 Z。X。X。K] D.换一块形状大小相同、介电常数更大的电介质 解析:由题意可得 UPQ=Uba;α角增大可知 PQ 间场强增大,由 U=Ed 知 UPQ 增大;由 Q =CU 知 P、Q 板电荷增多,由题意知 b 板和 P 板电荷量之和恒定,知 a、b 板电荷一定减少; 由 Q=CU,知电容器 C 电容一定减少;由 C= εS 4πkd ,知 A 错,B 对,C 对,D 错. 答案:BC 3.一平行板电容器两极板间距为 d、极板面积为 S,电容为ε0S d ,其中ε0 是常量.对此电 容器充电后断开电源.当增加两板间距时,电容器极板间( ) A.电场强度不变,电势差变大 B.电场强度不变,电势差不变 C.电场强度减小,电势差不变 D.电场强度减小,电势差减小 解析:电容器充电后断开电源,Q 不变,电容器间距增大,C 减小,由 C=Q U ,知 U 增大; E=U d = Q Cd = Q ε0S ,则 E 不变,故 A 正确. 答案:A 4.如图所示,平行板电容器在充电后不切断电源,此时板间有一带电尘粒恰能在电场中 静止.若正对的平行板左右错开一些( ) A.带电尘粒将向上运动 B.带电尘粒将保持静止 C.错开过程中,通过电阻 R 的电流方向为 A 到 B[来源:学|科|网][来源:Z_xx_k.Com] D.错开过程中,通过电阻 R 的电流方向为 B 到 A 解析:平行板左右错开一些后,正对面积减小.但板间距离不变,由于电容器与电源相连, 板间电压不变,由 E=U d 知,场强不变,带电尘粒受力不变.因而仍将静止,A 错,B 对.两 板错开时,由 C= εS 4πkd 知,电容减小,电荷量 Q=U·C 减小,因而电容器放电,电阻 R 中电流 方向为 A 到 B,C 对,D 错,故选 B、C.[来源:Zxxk.Com] 答案:BC 5.空间存在竖直向上的匀强电场,质量为 m 的带正电的微粒水平射入电场中,微粒的运 动轨迹如图所示,在相等的时间间隔内( ) A.重力做的功相等 B.电场力做的功相等 C.电场力做的功大于重力做的功 D.电场力做的功小于重力做的功 解析:由题图可知电场力大于重力,微粒有向上的加速度,做类平抛运动 ,在竖直方向 上做匀加速直线运动,故在相等的时间间隔内重力做的功不相等,电场力做功也不相等,A、 B 均错;由动能定理得 WE-WG=1 2mv2-1 2mv20>0,故 C 对. 答案:C 6.(2009 年福建)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.一带电油滴位于电容器中的 P 点且恰好处于平衡状态.现将平行板电容器的上极 板竖直向上移动一小段距离( ) A.带电油滴将沿竖直方向向上运动 B.P 点的电势将降低 C.带电油滴的电势能将减少 D.若电容器的电容减小,则极板带电荷量将增大[来源:学+科+网][来源:Zxxk.Com] 解析:电容器与电源相连,当上极板上移时,板间距离 d 增大,场强 E=U d 减小,电场力 减小,带电粒子将向下运动,A 错;由 U=Ed 知,P 与下极板电势差减小,P 点电势降低,B 对;由 EP=qφ知,粒子带负电,电势能增加,C 错;由 C=Q U 知 C 减小,U 不变,Q 将减小, D 错. 答案:B 7.一平行板电容器中存在匀强电场,电场沿竖直方向.两个比荷(即粒子的电荷量与质量 之比)不同的带正电的粒子 a 和 b,从电容器边缘的 P 点(如图)以相同的水平速度射入两平行板 之间.测得 a 和 b 与电容器极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为 1∶2.若不计重力, 则 a 和 b 的比荷之比是( ) A.1∶2 B.1∶8 C.2∶1 D.4∶1 解析:两带电粒子在平行板电容器间都做类平抛运动,粒子在水平方向做匀速直线运动, 有 x=vt,垂直金属板方向在电场力作用下做初速度为零的匀加速直线运动,有 y=1 2at2,电荷 在电场中所受合力为 F=Eq,根据牛顿第二定律有 F=ma,整理得q m =2yv2 Ex2 ,因为两粒子在同 一电场中运动,E 相同,初速度 v 相同,侧位移 y 相同,所以比荷与水平位移 x的平方成反比, 所以比荷之比为 4∶1,选项 D 正确. 答案:D 8.(2010 年山东济南)如图所示,两平行金属板间有一匀强电场,板长为 L,板间距离为 d, 在板右端 L 处有一竖直放置的光屏 M,一带电荷量为 q,质量为 m 的质点从两板中央射入板 间,最后垂直打在 M 屏上,则下列结论正确的是( ) A.板间电场强度大小为 mg/q B.板间电场强度大小为 2mg/q C.质点在板间的运动时间和它从板的右端运动到光屏的时间相等 D.质点在板间的运动时间大于它从板的右端运动到光屏的时间 解析:当质点所受电场力方向向上且大于重力时,质点才可能垂直打到屏上.由运动的 合成与分解知识,可知质点在水平方向上一直做匀速直线运动,所以质点在电场中做类平抛运 动的时间和在重力场中做斜上抛运动的时 间相等.由运动规律可知质点在水平方向上做匀速 直线运动,vx=v0;在竖直方向上:在电场中 vy=at,如图所示,离开电场后质点做斜上抛运 动,vy=gt,由此运动过程的对称性可知 a=g,由牛顿第二定律得:qE-mg=ma=mg,解得: E=2mg/q.故 B、C 正确. 答案:BC [来源:Z*xx*k.Com][来源:学科网] 9.(2010 年河南郑州)如图所示,在 真空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,带电荷量为 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.如图能落到 A 板的油滴仅有 N 滴,且第 N+1 滴油滴刚好能飞离电场,假设落到 A 板的油滴的电荷量能被板全部吸收,不考虑油滴间的相互作用,重力加速度为 g,则( ) A.落到 A 板的油滴数 N=3Cdmg 4q2 B.落到 A 板的油滴数 N=Cdmg 4q2 C.第 N+1 滴油滴经过电场的整个过程中所增加的动能为mgd 8 [来源:学科网] D.第 N+1 滴油滴经过电场的整个过程中减少的机械能为3mgd 8 解析:第一滴油滴在电容器中运动时,只受重力作用.设板长为 l,板间距为 d,由平抛 运动的知识有 v0=l 2 g d.当第 N+1 滴油滴恰好离开电容器时,必定是沿下极板的边缘飞出, 油滴的加速度为 a=g-Eq m ,由类平抛运动知d 2 =1 2(g-Eq m )t2,又 t= l v0 ,而 E=U d =Nq Cd ,可以求 得 N=3Cdmg 4q2 ,A 正确.由动能定理有 Ek=W=d 2 ×1 4mg=mgd 8 .因为电场力做了负功,电势能增 加了,而电场力做功为 W=-3mgd 8 答案:ACD 10.如图所示,两带有等量异种电荷的平行金属板 M、N 竖直放置,M、N 两板间的距离 d=0.6 m.现将一质量为 m=1×10-2 kg、电荷量 q=4×10-5 C 的带电小球从两极板上方 A 点 以 v0=4 m/s 的初速度水平抛出,A 点距离两板上端的高度 h=0.2 m,之后小球恰好从靠近 M 板上端处进入两板间,沿直线运动碰到 N 板上的 B 点,B 点与 N 板上端相距为 L,不计空气 阻力,取 g=10 m/s2,求: (1)小球进入电场时速度的大小; (2)两极板间的电势差; (3)小球碰到 B 板时的动能. 解析:(1)由机械能守恒定律 1 2mv2=mgh+1 2mv20,解得 v=2 5 m/s. (2)设小球在板间速度方向与竖直方向成θ角,其竖直分速度设为 vy,则 vy= v2-v20=2 m/s 物体恰能在电场中做直线运动,有[来源:学科网 ZXXK] tan θ=mg qE =vy v0 =1 2 由 U=Ed 解得 U=3.0×103 V. (3)小球到达 B 点时,在电场中竖直下落高度为 L=1 2d=0.3 m 小球从抛出点到 B 点,由动能定理得 qU+mg(h+L)=Ek-1 2mv20 解得 Ek=0.25 J. 答案:(1)2 5 m/s (2)3.0×103 V (3)0.25 J 11.(2010 年鞍山模拟)在场强为 E=100 V/m 的竖直向下的匀强电场中有一块水平放置的 足够大的接地金属板,在金属板的正上方,高为 h=0.8 m 处有一个小的放射源放在一端开口 的铅盒内,如图所示.放射源以 v0=200 m/s 的初速度向水平面以下各个方向均匀地释放质量 为 m=2×10-15 kg、电荷量为 q=+10-12 C 的带电粒子.粒子最后落在金属板上.不计粒子重 力,试求: (1)粒子下落过程中电场力做的功; (2)粒子打在金属板上时的动能; (3)计算落在金属板上的粒子图形的面积大小.(结果保留两位有效数字) 解析:(1)粒子在下落过程中电场力做的功 W=Eqh=100×10-12×0.8 J=8×10-11 J (2)粒子在整个运动过程中仅有电场力做功,由动能定理得 W=Ek2-Ek1 Ek2=8×10-11 J+2×10-15×2002/2 J=1.2×10-10 J (3)粒子落到金属板上的范围是一个圆.设此圆的半径为 r,只有当粒子的初速度与电场的 方向垂直时粒子落在该圆的边缘上,由运动学公式得 h=1 2at2=Eq 2mt2 代入数据求得 t≈5.66×10-3 s 圆半径 r=v0t≈1.13 m 圆面积 S=πr2≈4.0 m2. 答案:(1)8×10-11 J (2)1.2×10-10 J (3)4.0 m2