2018届高三物理一轮复习 课时提升作业 二十二 第七章 静电场 第3讲 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动

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1、课时提升作业 二十二电容器与电容带电粒子在电场中的运动(45分钟100分)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。15题为单选题,68题为多选题)1.下列关于电容器和电容的说法中,正确的是()A.根据C=可知,电容器的电容与其所带电荷量成正比,跟两板间的电压成反比B.对于确定的电容器,其所带电荷量与两板间的电压成正比C.当电容器的电压变化时(小于击穿电压且不为零),它所带的电荷量与电压的比值变化D.电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,其大小与加在两板间的电压有关【解析】选B。由于电容器的电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量,是电容器的一种特性,一个电容器对应唯一的电容值,不能

2、说电容器的电容与其所带电荷量成正比,与两极板间的电压成反比,因此选项A、C、D错误;由于电容是定值,由Q=CU知,其所带电荷量与两板间的电压成正比,故选项B正确。2.喷墨打印机的简化模型如图所示,重力可忽略的墨汁微滴,经带电室带负电后,以速度v垂直匀强电场飞入极板间,最终打在纸上,则微滴在极板间电场中()A.向负极板偏转B.电势能逐渐增大C.运动轨迹是抛物线D.运动轨迹与带电量无关【解题指导】解答本题需明确以下三点:(1)分析带负电的微滴的受力情况判断其偏转方向。(2)根据电场力做功的正负判断电势能是增大还是减小。(3)根据微滴在电场中做类平抛运动计算其偏移量,从而确定运动轨迹的性质。【解析】

3、选C。微滴带负电,进入电场,受电场力向上,应向正极板偏转,A错误;电场力做正功,电势能减小,B错误;微滴在电场中做类平抛运动,沿v方向:x=vt,沿电场方向:y=at2,又a=,得y=x2,即微滴运动轨迹是抛物线,且运动轨迹与电荷量有关,C正确、D错误。3.(2017武汉模拟)如图所示,在粗糙绝缘的水平面上有一物体A带正电,另一带正电的点电荷B在外力作用下沿着以A为圆心的圆弧由P到Q缓慢地从A的上方经过,若此过程中A始终静止,A、B两物体可视为质点且只考虑它们之间的库仑力作用。则下列说法正确的是()A.物体A受到地面的支持力先减小后增大B.物体A受到地面的支持力保持不变C.物体A受到地面的摩擦

4、力先减小后增大D.库仑力对点电荷B先做正功后做负功【解析】选C。当点电荷B由P运动到最高点的过程中,对物体A受力分析,如图:由共点力的平衡得到Fsin-f=0,N-Fcos-mg=0;解得N=mg+Fcos,f=Fsin;其中mg与F不变,角逐渐减小为零,因而支持力N逐渐变大,f逐渐变小;当点电荷B由最高点运动到Q点的过程中,再次对物体A受力分析,如图:由共点力的平衡可得Fsin-f=0,N-Fcos-mg=0;联立解得N=mg+Fcos, f=Fsin;其中mg与F不变,由零逐渐增大,因而支持力N逐渐变小,f逐渐变大;综合以上分析可知,物体A受到地面的支持力N先增大后减小,物体A受到地面的摩

5、擦力先减小后增大,故C正确,A、B错误;物体A对点电荷B的静电力与点电荷B的速度总是垂直,故A对B不做功,D错误。【加固训练】如图所示,一根长为2m的绝缘细管AB被置于匀强电场E中,其A、B两端正好处于电场的左右边界上,倾角=37,电场强度E=103V/m,方向竖直向下,管内有一个带负电的小球,重力G=10-3N,电荷量q=210-6C,从A点由静止开始运动,已知小球与管壁的动摩擦因数为0.5,则小球从B点射出时的速度是(g取10m/s2; sin37=0.6,cos37=0.8)()A.2m/sB.3m/sC.2m/sD.2m/s【解析】选C。以小球为研究对象,分析受力情况,作出受力分析图,

6、如图。根据平衡条件得到,管子对小球的压力FN=(qE-G)cos37=(210-6103-10-3)0.8N=810-4N小球运动过程中所受的摩擦力的大小Ff=FN=0.5810-4N=410-4N小球从A到B的过程中,根据动能定理得(qE-G)Lsin37-FfL=mv2代入解得,小球从B点射出时的速度v=2m/s。故本题选C。4.(2017三门峡模拟)某空间内有高度为d、宽度足够宽、方向水平向左的匀强电场。当在该空间内建立如图所示的坐标系后,在x轴上的P点沿y轴正方向连续射入质量和电荷量均相同且带电性质也相同的带电粒子(粒子重力不计),由于粒子的入射速率v(v0)不同,有的粒子将在电场中直

7、接通过y轴。有的将穿出电场后再通过y轴。设粒子通过y轴时,离坐标原点的距离为h,从P到y轴所需的时间为t,则 导学号42722478()A.粒子带负电B.对hd的粒子,h越大,t越大C.对hd的粒子,在时间t内,电场力对粒子做的功不相等D.h越大的粒子,进入电场时的速率v也越大【解析】选D。由题意可知,粒子向左偏,由电场线的方向,可确定电场力方向向左,因此粒子带正电,故选项A错误;对hd的粒子,沿x轴方向粒子受到电场力相同,加速度相同,因此运动时间相等,由于粒子的速度不同,所以导致粒子的h不同,故选项B错误;对hd的粒子,在时间t内,沿电场力方向的位移相同,因此电场力做功相等,故选项C错误;若

8、在电场中直接通过y轴,水平分位移x相等,由x=at2知,运动时间t相等,竖直分位移h=vt,则h越大的粒子,进入电场时的速率v也越大,若穿出电场后再通过y轴,通过电场时竖直分位移y相等,h越大,沿着电场力方向偏转位移x越小,由x=at2,可知t越小,由y=vt可知v越大,故选项D正确。【加固训练】(多选)如图所示,平行板电容器AB两极板水平放置,A在上方,B在下方,现将其和二极管串联接在电源上,已知A和电源正极相连,二极管具有单向导电性,一带电小球沿AB中心水平射入,打在B极板上的N点,小球的重力不能忽略,现通过上下移动A板来改变两极板AB间距(两极板仍平行),则下列说法正确的是()A.若小球

9、带正电,当AB间距增大时,小球打在N的右侧B.若小球带正电,当AB间距减小时,小球打在N的左侧C.若小球带负电,当AB间距减小时,小球可能打在N的右侧D.若小球带负电,当AB间距增大时,小球可能打在N的左侧【解析】选B、C。若小球带正电,当AB间距增大时,由于二极管的单向导电性,平行板电容器带电量不变,AB两极板之间电场强度不变,小球所受向下的电场力不变,向下的加速度不变,小球仍打在N点,选项A错误;若小球带正电,当AB间距减小时,平行板电容器AB两极板之间电场强度增大,小球所受向下的电场力增大,向下的加速度增大,小球打在N的左侧,选项B正确;若小球带负电,当AB间距减小时,平行板电容器AB两

10、极板之间电场强度增大,小球所受向上的电场力增大,向下的加速度减小,小球可能打在N的右侧,选项C正确;若小球带负电,当AB间距增大时,由于二极管的单向导电性,平行板电容器带电量不变,AB两极板之间电场强度不变,小球所受向上的电场力不变,小球仍打在N点,选项D错误。5.(2016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,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()导学号42722479A.增大,E增大B.增大

11、,Ep不变C.减小,Ep增大D.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,则静电计指针张角减小;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,故选项A、B、C错误,D正确。6.(2015山东高考)如图甲,两水平金属

12、板间距为d,板间电场强度的变化规律如图乙所示。t=0时刻,质量为m的带电微粒以初速度v0沿中线射入两板间,0时间内微粒匀速运动,T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出,微粒运动过程中未与金属板接触,重力加速度的大小为g。关于微粒在0T时间内运动的描述,正确的是()导学号42722480A.末速度大小为v0B.末速度沿水平方向C.重力势能减少了mgdD.克服电场力做功为mgd【解析】选B、C。因为中间与后面时间加速度等大反向,所以离开电容器时,竖直速度为零,只有水平速度v0,A错误,B正确;中间时间和后面时间竖直方向的平均速度相等,所以竖直位移也相等,因为竖直方向总位移是,所以后面时间内竖直位移是,克服

13、电场力做功W=2qE0=2mg=mgd,D错误。重力势能减少等于重力做功mg,C正确。7.如图所示,平行板电容器A、B间有一带电油滴P正好静止在极板正中间,现将B极板匀速向下移动到虚线位置,其他条件不变。则在B极板移动的过程中导学号42722481()A.油滴将向下做匀加速运动B.电流计中电流由b流向aC.油滴运动的加速度逐渐变大D.极板带的电荷量减少【解析】选C、D。由C=可知,d增大,电容器电容C减小,由Q=CU可知,电容器的电荷量减少,电容器放电,电流由a流向b,D正确,B错误;由E=可知,在B板下移过程中,两板间场强逐渐减小,由mg-Eq=ma可知油滴运动的加速度逐渐变大,C正确,A错

14、误。【总结提升】含容电路的分析方法(1)确定出电容器的不变量(U或Q)。(2)根据给出的变量,判断出会引起哪些量变化。(3)电路中有电流出现的条件是电容器所带的电量Q发生变化。(4)根据电容器带正电的极板上电荷的增、减情况确定出充、放电时电路中电流的方向。8.(2017长治模拟)在绝缘水平桌面(桌面足够大)上方充满平行桌面的电场,其电场强度E随时间t的变化关系如图所示,小物块电荷量为q=+110-4C,将其放在该水平桌面上并由静止释放,小物块速度v与时间t的关系如图所示,重力加速度g取10m/s2,则下列说法正确的是()A.物块在4 s内位移是6 mB.物块的质量是2 kgC.物块与水平桌面间

15、动摩擦因数是0.2D.物块在4 s内电势能减少了18 J【解析】选A、C。物块在4s内位移为x=2(2+4)m=6 m,故A正确;由图可知,前2s物块做匀加速直线运动,由牛顿第二定律有qE1-mg=ma,由图线知加速度为a=1m/s2,1 s后物块做匀速运动,由平衡条件有qE2=mg,联立解得: q(E1-E2)=ma,由图可得E1=3104N/C,E2=2104N/C,代入数据解得:m=1kg,由qE2=mg可得=0.2,故B错误,C正确;物块在前2s的位移x1=22m=2 m,物块在后2s的位移为x2=vt2=4m,电场力做正功W=qE1x1+qE2x2=6J+8 J=14J,则电势能减少了14J,故D错误。【加固训练】如图所示,一半径为R的均匀带正电圆环水平放置,环心为O点,在O正上方h高位置的A点与A关于O对称。质量为m的带正电的小球从A点静止释放,并穿过带电环。则小球从A点到A过程中加速度(a)、重力势能(EpG)、机械能(E)、电势能(Ep电)随位置变化的图象可能正确的是(取