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高中物理高考 限时规范专题练(三) 带电粒子在电场中运动的综合性问题 课件
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限时规范专题练(三) 带电粒子在电场中运动的综合性问题
一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分。其中1～5题为单选，6～10题为多选)1．(2020·北京市西城区高三下学期模拟)如图所示为密立根油滴实验示意图。实验中要设法使带负电的油滴悬浮在电场中。若在实验中观察到某一个带负电的油滴向下加速运动。在该油滴向下运动的过程中，下列说法正确的是( )A．静电力做正功B．重力和静电力的合力做负功C．重力势能的减少量大于电势能的增加量D．重力势能的减少量小于动能的增加量
解析 由于下极板带负电，带负电的油滴所受静电力向上，因此在该油滴向下运动的过程中，静电力做负功，A错误；由于油滴向下加速运动，所受合力向下，因此重力和静电力的合力做正功，B错误；重力做正功，重力势能减少，静电力做负功，电势能增加，由于重力大于静电力，因此重力做的功大于静电力做的功，即重力势能的减少量大于电势能的增加量，C正确；根据能量守恒定律，减少的重力势能一部分转化为电势能，一部分转化为油滴的动能，因此重力势能的减少量大于动能的增加量，D错误。
2.(2020·浙江省义乌市高三下6月适应性考试)如图所示，水平放置的充电平行金属板相距为d，其间形成匀强电场，一带正电的油滴从下极板边缘射入，并沿直线从上极板边缘射出，油滴质量为m，电荷量为q，现仅将上极板上移些许，其他条件保持不变，则下列分析错误的是( )
4.(2020·浙江省宁波市鄞州中学高三下学期期初考试)三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的粒子，从带电平行金属板左侧中央以相同的水平初速度v0先后垂直电场进入，并分别落在正极板的A、B、C三处，O点是下极板的左端点，且OC＝2OA，AC＝2BC，如图所示，则下列说法不正确的是( )A．带正、负电荷的两个粒子的电荷量之比为7∶20B．三个粒子在电场中运动的时间之比tA∶tB∶tC＝2∶3∶4C．三个粒子在电场中运动的加速度之比aA∶aB∶aC＝1∶3∶4D．三个粒子在电场中运动时动能的变化量之比EkA∶EkB∶EkC＝36∶16∶9
5.(2020·河北省高三上学期第一次大联考)如图所示，平行板电容器两极板的间距为d，极板与水平面成45°角，上极板带正电。一电荷量为q(q＞0)、质量为m的粒子在电容器中靠近下极板处，以初动能Ek0竖直向上射出。不计重力，极板尺寸足够大。若粒子能打到上极板，则粒子能在两极板间运动的最长时间和电场强度的最大值分别为( )
A．若粒子在b点速度方向沿x轴正方向，则电场方向可能平行于x轴B．若粒子运动过程中在b点速度最小，则b点为粒子运动轨迹上电势最低点C．若粒子在b点速度大小也为v0，则a、b两点电势相等D．若粒子在b点的速度为零，则电场方向一定与v0方向相反
6.(2020·山西省临汾市高考模拟)如图所示，a为xOy坐标系x负半轴上的一点，空间有平行于xOy坐标平面的匀强电场，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子以初速度v0从a点沿与x轴正半轴成θ角斜向右上射入电场。粒子只在静电力作用下运动，经过y轴正半轴上的b点(图中未标出)，则下列说法正确的是( )
解析 如果电场方向平行于x轴，由于粒子在垂直于x轴方向的分速度不为0，因此粒子在b点的速度不可能平行于x轴，故A错误；若粒子运动过程中在b点的速度最小，则粒子在运动轨迹上b点的电势能最大，由于粒子带正电，因此b点的电势最高，故B错误；若粒子在b点速度大小也为v0，则粒子在a、b两点的动能相等，根据能量守恒定律，粒子在a、b两点的电势能相等，则a、b两点电势相等，故C正确；若粒子在b点的速度为0，则粒子一定做匀减速直线运动，由于粒子带正电，因此电场方向一定与v0方向相反，故D正确。
7．(2020·山东省泰安市四模)如图甲所示，绝缘水平面上存在方向水平向右的匀强电场，一带电物块以一定的初速度从O点开始向右运动。取O点为电势零点，该物块的电势能与动能之和E总、电势能Ep随它离开O点的距离x变化的关系如图乙所示。由此能够确定的是( )A．物块受到的静电力B．匀强电场的场强大小C．物块返回O点时的动能D．物块与水平面间的动摩擦因数
8.(2020·山东省新高考高三下考前适应性考试)如图所示，在竖直平面内存在一个匀强电场，一质量为m、带电量为＋q的带电小球从O点由静止释放且沿直线OA方向运动，已知直线OA与竖直方向的夹角为θ，下列有关说法正确的是( )
10.(2021·四川省成都市高三上一诊)如图，绝缘座放在光滑水平面上，间距为d的平行板电容器竖直固定在绝缘座上，A板有小孔O，水平绝缘光滑杆穿过O固定在B板上，电容器、底座和绝缘杆的总质量为M。给电容器充电后，一质量为m的带正电圆环P套在杆上以某一速度v0对准O向左运动，在电容器中P距B板最近的位置为S，OS＝。若A、B板外侧无电场，P过孔O时与板无接触，不计P对A、B板间电场的影响。则( )
(1)小球贴近挡板时速度的大小；(2)小球贴近挡板时距M点的距离。
12.(16分)如图所示，一内壁光滑的绝缘圆管ADB固定在竖直平面内。圆管的圆心为O，D点为圆管的最低点，A、B两点在同一水平线上，AB＝2L，圆管的半径为r＝L(自身的内径忽略不计)。过OD的虚线与过AB的虚线垂直相交于C点，在虚线AB的上方存在方向水平向右、范围足够大的匀强电场；虚线AB的下方存在方向竖直向下、范围足够大的匀强电场，电场强度的大小E2＝。圆心O正上方的P点有一质量为m、电荷量为－q(q＞0)的小球(可视为质点)，P、C间距为L。现将该小球从P点无初速释放，经过一段时间后，小球刚好从管口A无碰撞地进入圆管内，并继续运动。重力加速度为g。求：
限时规范专题练(三) 带电粒子在电场中运动的综合性问题
一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分。其中1～5题为单选，6～10题为多选)1．(2020·北京市西城区高三下学期模拟)如图所示为密立根油滴实验示意图。实验中要设法使带负电的油滴悬浮在电场中。若在实验中观察到某一个带负电的油滴向下加速运动。在该油滴向下运动的过程中，下列说法正确的是( )A．静电力做正功B．重力和静电力的合力做负功C．重力势能的减少量大于电势能的增加量D．重力势能的减少量小于动能的增加量
解析 由于下极板带负电，带负电的油滴所受静电力向上，因此在该油滴向下运动的过程中，静电力做负功，A错误；由于油滴向下加速运动，所受合力向下，因此重力和静电力的合力做正功，B错误；重力做正功，重力势能减少，静电力做负功，电势能增加，由于重力大于静电力，因此重力做的功大于静电力做的功，即重力势能的减少量大于电势能的增加量，C正确；根据能量守恒定律，减少的重力势能一部分转化为电势能，一部分转化为油滴的动能，因此重力势能的减少量大于动能的增加量，D错误。
2.(2020·浙江省义乌市高三下6月适应性考试)如图所示，水平放置的充电平行金属板相距为d，其间形成匀强电场，一带正电的油滴从下极板边缘射入，并沿直线从上极板边缘射出，油滴质量为m，电荷量为q，现仅将上极板上移些许，其他条件保持不变，则下列分析错误的是( )
4.(2020·浙江省宁波市鄞州中学高三下学期期初考试)三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的粒子，从带电平行金属板左侧中央以相同的水平初速度v0先后垂直电场进入，并分别落在正极板的A、B、C三处，O点是下极板的左端点，且OC＝2OA，AC＝2BC，如图所示，则下列说法不正确的是( )A．带正、负电荷的两个粒子的电荷量之比为7∶20B．三个粒子在电场中运动的时间之比tA∶tB∶tC＝2∶3∶4C．三个粒子在电场中运动的加速度之比aA∶aB∶aC＝1∶3∶4D．三个粒子在电场中运动时动能的变化量之比EkA∶EkB∶EkC＝36∶16∶9
5.(2020·河北省高三上学期第一次大联考)如图所示，平行板电容器两极板的间距为d，极板与水平面成45°角，上极板带正电。一电荷量为q(q＞0)、质量为m的粒子在电容器中靠近下极板处，以初动能Ek0竖直向上射出。不计重力，极板尺寸足够大。若粒子能打到上极板，则粒子能在两极板间运动的最长时间和电场强度的最大值分别为( )
A．若粒子在b点速度方向沿x轴正方向，则电场方向可能平行于x轴B．若粒子运动过程中在b点速度最小，则b点为粒子运动轨迹上电势最低点C．若粒子在b点速度大小也为v0，则a、b两点电势相等D．若粒子在b点的速度为零，则电场方向一定与v0方向相反
6.(2020·山西省临汾市高考模拟)如图所示，a为xOy坐标系x负半轴上的一点，空间有平行于xOy坐标平面的匀强电场，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子以初速度v0从a点沿与x轴正半轴成θ角斜向右上射入电场。粒子只在静电力作用下运动，经过y轴正半轴上的b点(图中未标出)，则下列说法正确的是( )
解析 如果电场方向平行于x轴，由于粒子在垂直于x轴方向的分速度不为0，因此粒子在b点的速度不可能平行于x轴，故A错误；若粒子运动过程中在b点的速度最小，则粒子在运动轨迹上b点的电势能最大，由于粒子带正电，因此b点的电势最高，故B错误；若粒子在b点速度大小也为v0，则粒子在a、b两点的动能相等，根据能量守恒定律，粒子在a、b两点的电势能相等，则a、b两点电势相等，故C正确；若粒子在b点的速度为0，则粒子一定做匀减速直线运动，由于粒子带正电，因此电场方向一定与v0方向相反，故D正确。
7．(2020·山东省泰安市四模)如图甲所示，绝缘水平面上存在方向水平向右的匀强电场，一带电物块以一定的初速度从O点开始向右运动。取O点为电势零点，该物块的电势能与动能之和E总、电势能Ep随它离开O点的距离x变化的关系如图乙所示。由此能够确定的是( )A．物块受到的静电力B．匀强电场的场强大小C．物块返回O点时的动能D．物块与水平面间的动摩擦因数
8.(2020·山东省新高考高三下考前适应性考试)如图所示，在竖直平面内存在一个匀强电场，一质量为m、带电量为＋q的带电小球从O点由静止释放且沿直线OA方向运动，已知直线OA与竖直方向的夹角为θ，下列有关说法正确的是( )
10.(2021·四川省成都市高三上一诊)如图，绝缘座放在光滑水平面上，间距为d的平行板电容器竖直固定在绝缘座上，A板有小孔O，水平绝缘光滑杆穿过O固定在B板上，电容器、底座和绝缘杆的总质量为M。给电容器充电后，一质量为m的带正电圆环P套在杆上以某一速度v0对准O向左运动，在电容器中P距B板最近的位置为S，OS＝。若A、B板外侧无电场，P过孔O时与板无接触，不计P对A、B板间电场的影响。则( )
(1)小球贴近挡板时速度的大小；(2)小球贴近挡板时距M点的距离。
12.(16分)如图所示，一内壁光滑的绝缘圆管ADB固定在竖直平面内。圆管的圆心为O，D点为圆管的最低点，A、B两点在同一水平线上，AB＝2L，圆管的半径为r＝L(自身的内径忽略不计)。过OD的虚线与过AB的虚线垂直相交于C点，在虚线AB的上方存在方向水平向右、范围足够大的匀强电场；虚线AB的下方存在方向竖直向下、范围足够大的匀强电场，电场强度的大小E2＝。圆心O正上方的P点有一质量为m、电荷量为－q(q＞0)的小球(可视为质点)，P、C间距为L。现将该小球从P点无初速释放，经过一段时间后，小球刚好从管口A无碰撞地进入圆管内，并继续运动。重力加速度为g。求：
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