高考物理一轮复习高效演练创新题7.3《电容器与电容带电粒子在电场中的运动》(含答案详解)

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1.(2017·江苏高考)如图所示,三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔,小孔分别位于O、M、P点。由O点静止释放的电子恰好能运动到P点。现将C板向右平移到P′点,则由O点静止释放的电子( )
A.运动到P点返回 B.运动到P和P′点之间返回
C.运动到P′点返回D.穿过P′点
【解析】选A。电子在A、B间加速,在B、C间减速,加速电压做功与减速电压做功相等。现将C板向右平移到P′点,B、C板间的电场强度不变,根据U=Ed判断,由O点静止释放的电子运动到P点速度为0再返回,A项正确。
2.(2018·龙岩模拟)如图,带电粒子P所带的电荷量是带电粒子Q的5倍,它们以相等的速度v0从同一点出发,沿着跟电场强度垂直的方向射入匀强电场,分别打在M、N点,若OM=MN,则P和Q的质量之比为(不计重力)( )
A.2∶5 B.5∶2 C.4∶5 D.5∶4
【解析】选D。粒子在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,两粒子的初速度相等,水平位移比为1∶2,由l=v0t可知运动时间比为1∶2,由y=at2得加速度之比为4∶1,根据牛顿第二定律得a=,因为电荷量比为5∶1,则质量比为5∶4,故D正确,A、B、C错误。
3.(天津高考)如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地,在两极板间有一固定在P点的点电荷。以E表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P点的电势能,θ表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则
( )
A.θ增大,E增大 B.θ增大,Ep不变
C.θ减小,Ep增大D.θ减小,E不变
【解题指导】解答本题时应从以下三点进行分析:
(1)电容器电容的影响因素C=。
(2)电容器的电荷量Q、板间电压U与电容C间的关系Q=CU。
(3)静电计的张角θ越大代表电势差越大。
【解析】选D。若保持下极板不动,将上极板向下平移一小段距离,则根据C=可知,C变大,Q一定,则根据Q=CU可知,U减小,则静电计指针偏角θ减小;根据E=,C=,Q=CU联立可得E=,可知Q一定时,E不变;根据U1=Ed1可知P点离下极板的距离不变,E不变,则P点与下极板的电势差不变,P点的电势不变,则Ep不变,故A、B、C错误,D正确。
4.(新题预测)(多选)如图所示,平行的竖直线MN、PQ为一水平匀强电场的左右边界,两质子A、B以大小相同的初速度v0,分别从MN边界射入该匀强电场,A质子初速度方向平行于电场方向,B质子初速度方向垂直于电场方向,两质子最终从电场的PQ边界离开电场,质子重力不计,则( )
A.两质子离开电场时速度相同
B.两质子离开电场时动能相同
C.两质子同时离开电场
D.A质子先离开电场
【解析】选B、D。两质子在电场中运动的过程,只有电场力做功,且电场力做功相同,由动能定理可知,两质子离开PQ时的动能相同,速度大小相等,而方向不同,故A错误,B正确;A质子水平向右做匀加速直线运动,B质子做类平抛运动,竖直方向做匀速直线运动,水平向右做初速度为零的匀加速直线运动,二者的加速度相同,由于A具有水平初速度,故A在电场中运动的时间短,故C错误,D正确。
5.(新题预测)(多选)一个带正电的微粒放在电场中,场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示。带电微粒只在电场力的作用下(不计微粒重力),由静止开始运动,则下列说法中正确的是( )
A.微粒将沿着一条直线运动
B.微粒在第2 s末的速度为零
C.微粒在第1 s内的加速度与第2 s内的加速度相同
D.微粒在第1 s内的位移与第2 s内的位移相同
【解析】选A、B、D。由图可知,E1和E2大小相等、方向相反,所以微粒奇数秒内和偶数秒内的加速度大小相等、方向相反,根据运动的对称性可知在2 s末的速度恰好是0,即微粒第1 s做加速运动,第2 s做减速运动,然后再加速,再减速,一直持续下去,微粒将沿着一条直线运动,故A、B正确,C错误;由对称性可知,微粒在第1 s内的平均速度与第2 s内的平均速度相同,由x=vt得,微粒在第1 s内的位移与第2 s内的位移相同,故D正确。
【加固训练】
如图所示,平行板间的电压做周期性变化,从t=时刻开始,将重力不计的带电粒子在平行板中央由静止释放,运动过程中无碰板情况,则能定性描述粒子运动的速度图象的是( )
【解析】选A。粒子在匀强电场中从静止开始运动,前半个周期是匀加速运动,后半个周期是匀减速运动,在下一个周期中仍是这样:继续向前匀加速运动,再匀减速运动,这样一直向前运动下去。速度的方向不变,而大小先增大后减小,再增大,再减小。故本题选A。