浙江省2020版高考物理复习第16讲电场能的性质带电粒子在电场中的运动夯基提能作业本.docx

第16讲电场能的性质带电粒子在电场中的运动A组基础题组1.下列四幅图中有关电场说法正确的是()A.图甲为等量同种点电荷形成的电场线B.图乙离点电荷距离相等的a、b两点场强相同C.图丙中在c点静止释放一正电荷,可以沿着电场线运动到d点D.图丁中把某一电荷从e点平行金属板方向移动到f点,电场力不做功答案D题图甲为等量异种点电荷形成的电场线,故A错误;题图乙离点电荷距离相等的a、b两点场强大小相等,方向不同,故两点的场强不相同,故B错误;将一正电荷从一点由静止释放,若它所在的电场线是曲线,将偏离原来的电场线,不会沿着电场线运动,故C错误;题图丁中平行金属板间是匀强电场,根据等势线与电场线垂直可知,e、f在同一等势面上,故把某一电荷从e点平行金属板方向移动到f点,电场力不做功,故D正确。2.工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度,通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板,上下位置均固定,且分别接在恒压直流电源的两极上。当流水线上通过的产品厚度增大时,下列说法正确的是()A.A、B平行板电容器的电容减小B.A、B两板间的电场强度增大C.A、B两板上的电荷量变小D.有电流从b向a流过灵敏电流计答案D两极板和恒压电源相连,故两极板间的电势差恒定,根据公式C=rS4kd可知当产品厚度增大导致r增大时,电容器的电容C增大,再根据Q=CU可知极板带电量Q增加,有充电电流从b向a流过,故A、C错误,D正确;因两板之间的电势差不变,板间距不变,所以两板间电场强度E=Ud不变,B错误。3.一个带负电荷q、质量为m的小球,从光滑绝缘的斜面轨道的A点由静止下滑,小球恰能通过半径为R的竖直圆形轨道的最高点B而做圆周运动,现在竖直方向上加如图所示的匀强电场,若仍从A点由静止释放该小球,则()A.小球不能过B点B.小球仍恰好能过B点C.小球能过B点,且在B点与轨道之间压力不为零D.以上说法都不对答案B没有电场时,小球恰好过最高点的速度设为v,则mg=mv2R又根据机械能守恒定律:mg(h-2R)=12mv2,解得h=52R加上电场时,小球恰好过最高点需要的速度设为v则mg-qE=mv2R,v=mg-qERm而由动能定理,得mg(h-2R)-qE(h-2R)=12mv2,v=mg-qERm说明小球仍恰好能过B点,故选项B正确。4.如图甲所示,a、b是某电场中一条电场线上的两点,若在a点释放一初速度为零的带负电的粒子,粒子仅在电场力作用下沿电场线由a运动到b,其电势能W随位移x变化的规律如图乙所示。设a、b两点的电势分别为a和b,电场强度的大小分别为Ea和Eb。则下列判断正确的是()A.abB.abC.EaEb答案B根据题图乙所示的电势能W随位移x变化的规律为向下的倾斜直线,可知带负电的粒子仅在电场力作用下沿电场线由a运动到b,电势能减小,说明电场力做功,电场线方向从b到a。由电势沿电场线方向越来越低可知,a0)的粒子从a点移动到b点,其电势能减小W1;若该粒子从c点移动到d点,其电势能减小W2。下列说法正确的是()A.此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行B.若该粒子从M点移动到N点,则电场力做功一定为W1+W22C.若c、d之间的距离为L,则该电场的场强大小一定为W2qLD.若W1=W2,则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差答案BD本题考查电场力做功与电势能变化量的关系、匀强电场中U=Ed。根据电场力做功与电势能变化量的关系有W1=q(a-b),W2=q(c-d),WMN=q(M-N),根据匀强电场中“同一条直线上两点间的电势差与两点间的距离成正比”的规律可知,UaM=UMc,即a-M=M-c,可得M=a+c2,同理可得N=b+d2,联立式可得:WMN=W1+W22,即B项正确。若W1=W2,则a-b=c-d,结合两式可推出a-M=b-N,即D项正确。由题意无法判定电场强度的方向,故A、C项均错误。3.半径为R的均匀带电球体,在通过球心O的直线上,各点的电场分布如图所示。当xR时,电场分布与电荷量全部集中在球心时相同。已知静电力常量为k,则()A.球面是个等势面,球体是个等势体B.在x轴上x=R处电势最高C.xP=2RD.球心O与球面间电势差的大小为E0R答案C从题图上看,球内部电场强度都不等于零,因此球体不是等势体,A错误;在x轴上x=R处场强最大,而不是电势最高,B错误;EP=kQxP2,ER2=12kQR2,因为EP=ER2,所以xP=2R,C正确;假设球心O与球面间的电场为匀强电场,且大小为E0,则电势差的大小U=E0R,但是球心O与球面间的电场并不是匀强电场,因此D错误。4.如图所示,一价氢离子(H+)和二价氦离子(He2+)的混合体,经同一加速电场加速后,垂直射入同一偏转电场中,偏转后,打在同一荧光屏上,则它们()A.同时到达屏上同一点B.先后到达屏上同一点C.同时到达屏上不同点D.先后到达屏上不同点答案B一价氢离子(H+)和二价氦离子(He2+)的比荷不同,由qU=12mv2可知经过加速电场获得的末速度不同,因此在加速电场及偏转电场中的运动时间均不同,但在偏转电场中偏转距离y=12at2=U2L24U1d相同,所以会打在同一点,B正确。5.如图所示,长为l的绝缘细线一端悬于O点,另一端系一质量为m、电荷量为q的小球。现将此装置放在水平向右的匀强电场中,小球静止在A点,此时细线与竖直方向成37角。重力加速度为g, sin 37=0.6, cos 37=0.8。(1)判断小球的带电性质;(2)求该匀强电场的电场强度E的大小;(3)若将小球向左拉起至与O点处于同一水平高度且细线刚好张紧,将小球由静止释放,求小球运动到最低点时的速度大小。答案(1)负电(2)3mg4q(3)2gl2解析(1)小球在A点静止,其受力情况如图所示,小球带负电。(2)根据共点力平衡条件有mg tan 37=qE解得E=3mg4q(3)设小球到达最低点时的速度为v,小球从水平位置运动到最低点的过程中,根据动能定理有mgl-qEl=12mv2解得v=2gl(1-tan37)=2gl26.如图所示,在竖直平面内有一矩形区域ABCD,长边BA与水平方向成=37,短边的长度为d,区域内存在与短边平行且场强大小为E的匀强电场。一个带电微粒从O点以某一水平初速度v1沿OP方向射入电场,能沿直线恰好到达P点;若该带电微粒从P点以另一初速度v2竖直向上抛出,恰好经过D点。已知O为短边AD的中点,P点在长边AB上且PO水平,重力加速度为g,sin 37=0.6,cos 37=0.8。求:(1)微粒所带电荷量q与质量m的比值;(2)v1的大小与v2大小的比值;(3)若将该带电微粒从P点以一定的初速度v3竖直向上抛出,则当其动能变为初动能的3倍时,求微粒的竖直位移y的大小与水平位移x大小的比值。答案(1)5g4E(2)5346(3)2解析(1)微粒沿OP方向运动时做匀减速直线运动,受到的合力方向水平向右,有qE=mgcos可得微粒带电量q与质量m的比值:qm=5g4E(2)微粒的加速度a=mgtanm=g tan 初速度v1满足关系v12=2ad2sin微粒以初速度v2从P点运动到D点做类平抛运动,设运动时间为t由平抛运动规律有d2 cos =v2td2sin+d2 sin =12at2解得v1=54gd,v2=9gd170可得v1的大小与v2大小