2018年高中物理 第1章 静电场 1.12 带电粒子在电场中的加速习题 新人教版选修3-1
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带电粒子在电场中的加速(答题时间:30分钟)1. 在电场强度大小为E的匀强电场中,将一个质量为m、电荷量为q的带电小球由静止开始释放,带电小球沿与竖直方向成θ角的方向做直线运动. 关于带电小球的电势能ε和机械能W的判断,不正确的是()A. 若sinθ<qEmg,则ε一定减小,W一定增加B. 若sinθ=qEmg,则ε、W一定不变C. 若sinθ=qEmg,则ε一定增加,W一定减小D. 若tanθ=qEmg,则ε可能增加,W一定增加2. 如图所示,带等量异号电荷的两平行金属板在真空中竖直放置,M、N为板间同一电场线上的两点。
一带电粒子(不计重力)以速度v M经过M点沿电场线方向向右运动,且未与右侧金属板接触,一段时间后,粒子以速度v N向左经过N点。
则下列说法正确的是()A. 电场中M点的电势一定高于N点的电势B. 粒子受到的电场力一定由M点指向N点C. 粒子在M点的速度一定比在N点的速度大D. 粒子在M点的电势能一定比在N点的电势能大3. 沿电场中某条直线电场线方向建立x轴,该电场线上各点电场强度E随x的变化规律如图所示,坐标点0、x1、x2和x3分别与x轴上O、A、B、C四点相对应,相邻两点间距相等。
一个带正电的粒子从O点附近由静止释放,运动到A点处的动能为E k,仅考虑电场力作用。
则下列说法正确的是()A. 从O点到C点,电势先升高后降低B. 粒子先做匀加速运动,后做变加速运动C. 粒子在AB段电势能变化量大于BC段的D. 粒子运动到C点时动能小于3E k4. 空间存在某电场,一带负电的粒子仅在电场力作用下从x1处沿x轴负方向运动。
粒子质量为m,初速度大小为v0,其电势能E p随坐标x变化的关系如图所示,图线关于纵轴左右对称,以无穷远处为零电势能点,粒子在原点0处电势能为E0,在x1处电势能为E1,则下列说法中正确的是()A. 坐标原点0处两侧电场方向相反B. 粒子经过x1、-x1处速度相同C. 由x1运动到0过程电场力做正功D. 若粒子能够沿x轴负方向运动越过0点,一定有v0>m EE)(21-5. AB是电场中的一条电场线,若将一负电荷从A点处自由释放,负电荷沿电场线从A到B运动过程中的速度图线如图所示,则A、B两点的电势高低和场强的大小关系是()A. ϕA>ϕB,E A>E BB. ϕA>ϕB,E A<E BC. ϕA<ϕB,E A>E BD. ϕA<ϕB,E A<E B6. 如图所示,两个带等量正电荷的相同小球,固定在绝缘、粗糙的水平面上A、B两点,O是AB的中点。
带正电的小滑块从C点由静止释放,在电场力作用下向O点运动,则滑块从C点运动到O点的过程中()A. 电势能不断增大B. 电场力先做正功后做负功C. 加速度不断减小D. 速度先增大后减小7. 如图所示,倾斜放置的平行板电容器两极板与水平面夹角为θ,极板间距为d,一带负电的微粒质量为m、带电荷量为q,从极板M的左边缘A处以初速度v0水平射入,沿直线运动并从极板N的右边缘B处射出,则下列说法正确的是()A. 微粒到达B 点时动能为2021mv B. 微粒的加速度大小等于θsin gC. 两极板的电势差 θcos q mgd U MN =D. 微粒从A 点到B 点的过程电势能减少θcos mgd 8. A 、B 为两个完全一样的面积足够大的金属薄板,其中A 板上有一小孔。
现让A 、B 两板水平正对放置,两板间距离为d ,且使A 、B 两板与电源两极保持相连。
让质量为m 、带电荷量为-q 的小球从A 孔正上方与A 相距为d 的O 处由静止释放,小球刚好不能与B 板接触。
若保持A 板不动,将B 板向上移动,使A 、B 间距离为0.5d ,仍让小球从O 处由静止释放,求小球从O 下落的最大距离。
(设重力加速度为g ,不计空气阻力)9. 如下图所示,BC 是半径为R=1m 的1/4圆弧形光滑且绝缘的轨道,位于竖直平面内,其下端与水平绝缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度为E=2.0×10-4N/C ,今有一质量为m=1kg 、带正电q=1.0×10-4C 的小滑块,(体积很小可视为质点),从C 点由静止释放,滑到水平轨道上的A 点时速度减为零。
若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ=0.2,求:(1)滑块通过B 点时的速度大小;(2)滑块通过B 点时圆弧轨道B 点受到的压力大小;(3)水平轨道上A 、B 两点之间的距离。
1. ACD 解析:若sin θ<qE mg,电场力可能做正功,也可能做负功,所以ε可能减小也可能增大、W 可能增大也可能减小,故A 错误。
若sin θ=qE mg,则电场力与速度方向垂直,电场力不做功,ε不变化、W 一定守恒。
故B 正确,C 错误。
若tan θ=qE mg ,则电场力沿水平方向,且和重力的合力与速度方向同向,电场力做正功ε减少,W 一定增加,D 错误;此题选错误选项,故选ACD 。
2. C 解析:由题意可知,粒子从M 点向右做减速运动,当速度减到零时反向加速,故粒子所受的电场力向左,即由N 点指向M 点;粒子由M 到N 的过程电场力做负功,动能减少,电势能增加,故M 点的电势能小于N 点的电势能,但是由于粒子的电性不确定,故无法比较M 、N 两点的电势高低;故选C 。
3. CD 解析:由题意知,带正电的粒子受电场力方向沿x 轴正方向,由图知,从O 点到C 点,电场的方向不变,电势一直降低,所以A 错误;由图知,电场强度一直在变,粒子受电场力大小在变,所以粒子一直做变加速运动,所以B 错误;由图知AB 段电场强度的平均值大于BC 段的场强平均值,而位移相同,所以在BC 段电场力做功较多,电势能的变化量较大,所以C 正确;根据E-x 图象与坐标轴所围面积表示两点间的电势差,由图知,AC 间图线所围面积小于OA 间的2倍,根据动能定理k E qU ∆=知粒子运动到C 点时动能小于3E k ,所以D 正确。
4. ABD 解析:一带负电的粒子从x 1向0点运动时,电势能都增加,电场力都做负功,电场线的方向由x 1→0,C 错误;而从0向-x 1运动时,电势能减小,电场力做正功,电场线的方向由-x 1→0,A 正确;由于带负电的粒子在x 1、-x 1处具有的电势能相等,因此这两点处于相同的等势面上,从x 1到-x 1过程中,电场力做功等于零,根据动能定理,可知粒子经过x 1、-x 1处速度相同,B 正确;若能从x 1运动到0,且运动到0点时的速度恰好为零,根据动能定理有201012E E mv -=,可得0v =0点,则运动到0点时的速度大于零,则0v >D 正确。
5. C 解析:负电荷受力方向与电场方向相反,故电场线方向应该是由B →A ,顺着电场线方向,电势依次降低,故ϕA <ϕB ;v -t 图象中斜率的大小表示加速度的大小,则a A >a B ,而a =mqE ,故E A >E B 。
选项C 正确。
6. C 解析:等量同种正点电荷形成的电场,连线上面中点电场强度最小等于0,从两端到中点,电场强度逐渐减小,带正电的滑块从C 点由静止释放,OA 部分电场线从A 指向O ,正电荷受力方向与电场线方向相同,所以从C 点运动到O 点的运动过程电场力做正功,电势能减小,选项AB 错。
根据动能定理,电场力做正功,动能增大速度增大,选项D 错。
运动过程中电场强度逐渐变小,电场力逐渐变小,加速度逐渐减小,选项C 对。
7. C 解析:微粒在运动过程中,受力如图所示由于微粒受力不在一条直线上,因此不可能做匀速直线运动,到达B 点的动能一定不是2021mv ,因此A 错误;将电场力分解到水平方向和竖直方向上,可知,cos Eq mg θ=,sin Eq ma θ=,因此加速度大小为tan g θ,B 错误;电容器内的电场强度cos mg E q θ=,因此两极板间的电势差为cos mgd U Ed q θ==,C 正确,从A 向B 运动的过程中,由于电场力做负功,电势能增加,D 错误。
8. 解:设A 、B 两板间的电压为U 。
A 、B 两板间距离为d 时,对小球运动的整个过程,由动能定理得:mg•2d-qU=0则得:qU=2mgd当A 、B 两板间距离为2d 时,设小球从O 下落的最大距离为h 。
A 板与小球下落最低点间的电压为U′,由动能定理得: mgh -q U′=0而 '2h d U U d-= 联立解得:43h d = 9. 解:(1)小滑块从C 到B 的过程中,只有重力和电场力做功。
设滑块通过B 点时的速度为B v ,根据动能定理有212B mgR EqR mv -=,整理得B v =。
(2)滑块通过B 点时圆弧轨道B 点受到的压力大小应等于滑块通过B 点时圆弧轨道对其的支持力大小,设圆弧轨道对滑块的支持力大小为F ,则有2v F mg m R-=,代入数值有F=26(N );(3)设A 、B 两点之间的距离为x ,则由动能定理有212B Eqx mgx mv μ+=,代入数值有x=2m 。
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