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河南省高考物理 考前预测 带电粒子在电场中的运动

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河南2013年高考考前预测带电粒子在电场中的运动1.P、Q两电荷的电场线分布如图所示,a、b、c、d为电场中的四点.一个离子从a运动到b(不计重力),轨迹如图所示.则下列判断正确的是(  )A.P带负电B.c、d两点电势相等C.离子在运动过程中受到P的吸引力D.离子从a到b,电场力做正功[答案] C[解析]  沿电场线方向电势降低,则P是正电荷,Q是负电荷且φc>φd,选项A、B均错;离子受电场力的方向应该指向曲线的凹侧,故可以判断出离子在运动过程中受到P的吸引力,即离子带负电,选项C正确;离子从a到b,电场力做负功,电势能增加,选项D错误.2.下图为静电除尘器除尘机理的示意图.尘埃在电场中通过某种机制带电,在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘的目的.下列表述正确的是(  )A.到达集尘极的尘埃带正电荷B.电场方向由集尘极指向放电极C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大[答案] BD[解析]  放电极与集尘极间的电场方向指向放电极,选项B正确;带负电荷的尘埃受向右的电场力向右运动,到达集尘极,选项A、C错误;由F=qE可知选项D正确.3.板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间场强为-8-\nE1.现将电容器所带电荷量变为2Q,板间距变为d,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间场强为E2,下列说法正确的是(  )A.U2=U1,E2=E1    B.U2=2U1,E2=4E1C.U2=U1,E2=2E1D.U2=2U1,E2=2E1[答案] C[解析]  根据U=Q/C、C∝S/d、E=U/d可得U∝Qd/S、E∝Q/S,则==×2=1,==,选项C正确.4.如图所示,电量为+q和-q的点电荷分别位于正方体的顶点,正方体范围内电场强度为零的点有(  )A.体中心、各面中心和各边中点B.体中心和各边中点C.各面中心和各边中点D.体中心和各面中心[答案] D[解析]  由点电荷的场强公式和叠加规律可知,各面顶点上的4个点电荷在过所在面的中心的垂线上各点的合场强为零,所以,体中心和各面中心的合场强一定为零.由点电荷的场强公式和叠加规律可知,各边中心的合场强不为零,选项D正确.5.如图所示,在两等量异种点电荷的电场中,MN为两电荷连线的中垂线,a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线,且a和c关于MN对称,b点位于MN上,d点位于两电荷的连线上.以下判断正确的是(  )A.b点场强大于d点场强B.b点场强小于d点场强-8-\nC.a、b两点间的电势差等于b、c两点间的电势差D.试探电荷+q在a点的电势能小于在c点的电势能[答案] BC[解析]  根据电场线分布规律可知,d点场强大于两电荷连线的中点O的场强,而O的场强大于b的场强,所以b的场强小于d的场强,选项B正确;由于电场关于MN对称,所以ab的电势差等于bc的电势差,选项C正确;从a到c移动试探正电荷,电场力做正功,电势能减小,选项D错误.6.如图所示,在固定正点电荷Q的电场中,一个正检验电荷q沿着一条电场线运动.已知检验电荷经过M点时的加速度是经过N点时加速度的2倍,不计检验电荷的重力及各种阻力,则一定有(  )A.N点距Q的距离是M点距Q的距离的2倍B.N点距Q的距离是M点距Q的距离的倍C.它经过M点时的速度是经过N点时速度的2倍D.它经过M点时的速度是经过N点时速度的倍[答案] B[解析]  在正点电荷Q形成的电场中,检验电荷q距离场源电荷r处的加速度为a=,由题意得aM=、aN=,aM=2aN,三式联立得rN∶rM=,选项A错误;B正确,初速度及力大小不确定,速度关系无法确定,C、D错误.7.如图(a)所示,两平行正对的金属板A、B间加有如图(b)所示的交变电压,一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间p处.若在t0时刻释放该粒子,粒子会时而向A板运动,时而向B板运动,并最终打在A板上.则t0可能属于的时间段是(  )A.0<t0<B.<t0<C.<t0<TD.T<t0<[答案] B[解析]  如果t0=释放,则粒子一直向A板运动;如果t0=释放,粒子在同一段上往返运动,不能达到A板.由此符合题意的释放时刻应对应B项.-8-\n8.一个电荷量为10-6C的负电荷从电场中A点移到B点电场力要做功2×10-6J,从C点移到D点要克服电场力做功7×10-6J,若已知C点比B点电势高3V,且A、B、C、D四点在同一条电场线上,则下列图中正确的是(  )[答案] C[解析]  由UAB==V=-2V,则φA-φB=-2V;UCD==V=7V,则φC-φD=7V;由题意得φC-φB=3V,则φC>φB>φA>φD,选项C正确.9.三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上,各球之间的距离远大于小球的直径.球1的带电量为q,球2的带电量为nq,球3不带电且离球1和球2很远,此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触,再与球1接触,然后将球3移至远处,此时1、2之间作用力的大小仍为F,方向不变.由此可知(  )A.n=3B.n=4C.n=5D.n=6[答案] D[解析] 设球1、2间的距离为r,根据库仑定律可知F=k;球3与球2接触后,两者的带电荷量均为nq;球3与球1接触后,两者的带电荷量总和平分,即各带=的电荷量;将球3移至远处后,球1、2之间的作用力大小为F=k,比较可得n=6,选项D正确,此题也可以用代入法进行判断.10.质量为m的带正电小球由空中A点无初速度自由下落,在t秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场,再经过t秒小球又回到A点,不计空气阻力且小球从未落地,则(  )A.整个过程中小球电势能变化了mg2t2B.整个过程中小球mv增量的大小为2mgtC.从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能变化了mg2t2D.从A点到最低点小球重力势能变化了mg2t2[答案] BD-8-\n[解析]  以竖直向下为正方向,小球自由落体的末速度v=gt,位移h1=gt2,加上电场后,-h1=vt-at2,解得加速度大小为a=3g,由qE-mg=ma得电场力qE=4mg,整个过程小球电势能的变化为ΔEp=qEh1=2mg2t2,选项A错误;末速度v1=v-at=-2gt,整个过程小球mv的改变量为Δmv=mv1-0=-2mgt.选项B正确;加上电场后到最低点,动能的变化为ΔEk=mv2=mg2t2,选项C错误;小球的减速位移为h2==,从A到最低点小球重力势能的变化为ΔEp=mg(h1+h2)=mg2t2,选项D正确.11、如图所示,在水平光滑绝缘的平面xOy内,水平匀强电场方向与x轴负方向成45°角,电场强度E=1×103N/C.某带电小球所带电荷量为q=-2×10-6C,质量为m=1×10-3kg,以初速度v0=2m/s从坐标轴原点出发,初速度v0方向与匀强电场方向垂直,当带电小球再次经过x轴时与x轴交于A点,求:(1)从坐标原点出发到A点经历的时间;(2)带电小球经过A点时的速度大小及A点的坐标;(3)OA间电势差UOA.[答案] (1)2s (2)(4,0) (3)-4×103V[解析]  (1)由题意可知小球在水平面内做类平抛运动,加速度大小为a==m/s2=2m/s2①当小球经过x轴上的A点时有cot45°=②由②式解得从坐标原点出发到A点经历的时间为t==s=2s③(2)到达A点时垂直v0方向的速度为vE=at=2×2m/s=4m/s④所以带电小球经过A点时速度大小为vA==m/s=2m/s⑤-8-\nA点的横坐标为:xA==m=4m⑥所以A点的坐标为(4,0)(3)OA间电势差UOA为UOA=-EdE=-Ev0t=-1×103×4V=-4×103V⑦12.如图所示,在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘直杆AC,其下端(C端)距地面高度h=0.8m.有一质量为500g的带电小环套在直杆上,正以某一速度沿杆匀速下滑,小环离开杆后正好通过C端的正下方P点处.(g取10m/s2)求:(1)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向.(2)小环从C运动到P过程中的动能增量.(3)小环在直杆上匀速运动速度的大小v0.[答案] (1)10m/s2 垂直于杆向下 (2)4J (3)2m/s[解析]  (1)小环沿AC杆匀速下滑,受力分析如图所示,小环共受3个力,由图可知qE=mg小环离开直杆后,只受重力和电场力,F合=mg=maa=g=10m/s2,方向垂直于杆向下.(2)设小环从C运动到P的过程中动能的增量为ΔEk=W重+W电其中W重=mgh=4J,W电=0,所以ΔEk=4J.(3)环离开杆做类平抛运动:平行杆方向匀速运动:h=v0t垂直杆方向匀加速运动:h=at2解得v0=2m/s13.如图所示,有一质量为m,带电荷量为+q的小球(可视为质点),自竖直向下、场强为E的匀强电场中的P点静止下落.在距离P点正下方h处有一弹性绝缘挡板S(挡板不影响匀强电场的分布),小球每次与挡板S相碰后电荷量均减少到碰前的(k>1),而碰撞过程中小球的机械能不发生损失.-8-\n(1)设匀强电场中,挡板S处电势φs=0,则电场中P点的电势φp为多少?小球在P点时的电势能Ep为多少?(2)小球从P点出发后到第一次速度变为零的过程中电场力对小球做了多少功?(3)求在以后的运动过程中,小球距离挡板的最大距离l.[答案] (1)Eh qEh (2) (3)h[解析]  (1)由电场力做功与电势能变化的关系得,Ep-Es=qEh由题设条件,挡板S处电势φs=0可得小球在P点时的电势φp=Eh,电势能Ep=qEh(2)设第一次与挡板碰撞后能达到的高度为h1,由能量守恒得:mgh+qEh=(mg+qE)h1小球从P点出发到第一次到达最高点过程中电场力对小球做的功为:W=qEh-qEh1解得:W=(3)小球与挡板碰撞后小球所带电荷量逐渐减小,最终电荷量将减小为零,整个过程中能量始终守恒,由能量守恒得:mgh+qEh=mgl解得:l=h14、静电场方向平行于x轴,其电势φ随x的分布可简化为如图所示的折线,图中φ0和d为已知量.一个带负电的粒子在电场中以x=0为中心,沿x轴方向做周期性运动.已知该粒子质量为m、电量为-q,其动能与电势能之和为-A(0<A<qφ0),忽略重力.求-8-\n(1)粒子所受电场力的大小;(2)粒子的运动区间;(3)粒子的运动周期.[答案] (1) (2)-d≤x≤d (3)[解析]  (1)由图可知,0与d(或-d)两点间的电势差为φ0电场强度的大小 E=电场力的大小 F=qE=(2)设粒子在[-x0,x0]区间内运动,速率为v,由题意得mv2-qφ=-A①由图可知 φ=φ0②由①②得 mv2=qφ0-A③因动能非负,有qφ0-A≥0得 |x|≤d即x0=d④粒子的运动区间-d≤x≤d(3)考虑粒子从-x0处开始运动的四分之一周期根据牛顿第二定律,粒子的加速度 a===⑤由匀加速直线运动 t=由④⑤代入,得t=粒子的运动周期 T=4t=-8-

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发布时间:2022-08-25 21:48:12 页数:8
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文章作者:U-336598

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