高考物理總復(fù)習(xí) 6-6專題 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的應(yīng)用訓(xùn)練試題 新人教版1(多選)帶正電的微粒放在電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示帶電微粒只在電場(chǎng)力的作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)則下列說(shuō)法中正確的是()A微粒在01 s內(nèi)的加速度與12 s內(nèi)的加速度相同B微粒將沿著一條直線運(yùn)動(dòng)C微粒做往復(fù)運(yùn)動(dòng)D微粒在第1 s內(nèi)的位移與第3 s內(nèi)的位移相同解析帶電粒子在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力大小相等，方向相反，故加速度大小相等，方向相反，帶電粒子先加速后減速，沿著一條直線運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)B、D正確答案BD2(單選)粗糙絕緣的水平地面上，有兩塊豎直平行相對(duì)而立的金屬板A、B.板間地面上靜止著帶正電的物塊，如圖甲所示，當(dāng)兩金屬板加圖乙所示的交變電壓時(shí)，設(shè)直到t1時(shí)刻物塊才開(kāi)始運(yùn)動(dòng)(最大靜摩擦力滑與動(dòng)摩擦力可認(rèn)為相等)，則()A在0t1時(shí)間內(nèi)，物塊受到逐漸增大的摩擦力，方向水平向右B在t1t3時(shí)間內(nèi)，物塊受到的摩擦力，先逐漸增大，后逐漸減小Ct3時(shí)刻物塊的速度最大Dt4時(shí)刻物塊的速度最大解析在0t1時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)力小于最大靜摩擦力，物體靜止，靜摩擦力等于電場(chǎng)力qEq，電壓增大摩擦力增大，但是，正電荷所受電場(chǎng)力與電場(chǎng)同向向右，所以摩擦力方向水平向左，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在t1t3時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)力大于最大靜摩擦力，物體一直加速運(yùn)動(dòng)，摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，由于正壓力即重力不，變所以摩擦力不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；t3到t4階段，電場(chǎng)力小于摩擦力，但物體仍在運(yùn)動(dòng)為減速運(yùn)動(dòng)所以t3時(shí)刻速度最大，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案C3(多選)如圖所示，MPQO為有界的豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，ACB為光滑固定的半圓形軌道，軌道半徑為R，A、B為圓水平直徑的兩個(gè)端點(diǎn)，AC為圓弧一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電小球，從A點(diǎn)正上方高為H處由靜止釋放，并從A點(diǎn)沿切線進(jìn)入半圓軌道不計(jì)空氣阻力及一切能量損失，關(guān)于帶電小球的運(yùn)動(dòng)情況，下列說(shuō)法正確的是()A小球一定能從B點(diǎn)離開(kāi)軌道B小球在AC部分可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)C若小球能從B點(diǎn)離開(kāi)，上升的高度一定小于HD小球到達(dá)C點(diǎn)的速度可能為零解析本題考查學(xué)生對(duì)復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題、功能關(guān)系、圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)綜合運(yùn)用分析的能力若電場(chǎng)力大于重力，則小球有可能不從B點(diǎn)離開(kāi)軌道，A項(xiàng)錯(cuò)若電場(chǎng)力等于重力，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，B項(xiàng)正確因電場(chǎng)力做負(fù)功，有機(jī)械能損失，上升的高度一定小于H，C項(xiàng)正確由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)，可知若小球到達(dá)C點(diǎn)的速度為零，則在此之前就已脫軌了，D項(xiàng)錯(cuò)答案BC4(單選) 位于正方形四角上的四個(gè)等量點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線分布如圖所示，ab、cd分別是正方形兩條邊的中垂線，O點(diǎn)為中垂線的交點(diǎn)，P、Q分別為cd、ab上的點(diǎn)則下列說(shuō)法正確的是()AP、Q兩點(diǎn)的電勢(shì)關(guān)系為P<OBP、Q兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小關(guān)系為EP<EQC若在O點(diǎn)放一正點(diǎn)電荷，則該正點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力為零D若將某一負(fù)電荷由P點(diǎn)沿著圖中曲線PQ移到Q點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功解析由電場(chǎng)線分布可知，ab、cd為等勢(shì)面，且電勢(shì)相等，均為0，EP>EQ，選項(xiàng)A、B均錯(cuò)；P、Q等勢(shì)，所以把負(fù)電荷從P沿圖中曲線移到Q電場(chǎng)力做功為零，D項(xiàng)錯(cuò)；由對(duì)稱性可知，EO0，因此C項(xiàng)正確答案C5如下圖甲所示，在真空中足夠大的絕緣水平地面上，一個(gè)質(zhì)量為m0.2 kg、帶電荷量為q2.0×106C的小物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，小物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.1.從t0時(shí)刻開(kāi)始，空間上加一個(gè)如圖乙所示的電場(chǎng)(取水平向右的方向?yàn)檎较?，g取10 m/s2)求：(1)4秒內(nèi)小物塊的位移大??；(2)4秒內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)小物塊所做的功解析(1)02 s內(nèi)小物塊加速度a12 m/s2位移x1a1t4 m2 s末的速度為v2a1t14 m/s24 s內(nèi)小物塊加速度a22 m/s2位移x2v2t2a2t4 m4秒內(nèi)的位移xx1x28 m(2)v4v2a2t20，即4 s末小物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)設(shè)電場(chǎng)力對(duì)小物塊所做的功為W，由動(dòng)能定理，有Wmgx0解得W1.6 J答案(1)8 m(2)1.6 J6(xx·濰坊聯(lián)考)如下圖甲所示，在xOy坐標(biāo)系中，兩平行金屬板如圖放置，OD與x軸重合，板的左端與原點(diǎn)O重合，板長(zhǎng)L2 m，板間距離d1 m，緊靠極板右側(cè)有一熒光屏，兩金屬板間電壓UAO變化規(guī)律如圖乙所示，變化周期為T2×103 s，U0103 V，t0時(shí)刻一帶正電的粒子從左上角A點(diǎn)，平行于AB邊以v01 000 m/s的速度射入板間，粒子電荷量q1×105 C，質(zhì)量m1×107 kg.不計(jì)粒子所受重力求：(1)粒子在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(2)粒子打到熒光屏上的縱坐標(biāo)；(3)粒子打到屏上的動(dòng)能解析(1)粒子在板間沿x軸方向做勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，則Lv0tt2×103 s(2)設(shè)粒子在板間偏轉(zhuǎn)量最大為y1，則y1a()2(a·)ma解得y10.15 m則縱坐標(biāo)y0.85 m(3)由動(dòng)能定理，得qy2Ekmvy2a()2解得Ek5.05×102 J答案(1)2×103 s(2)0.85 m(3)5.05×102 J7如下圖甲所示的平行板電容器，板間距為d，兩板所加電壓隨時(shí)間變化圖線如圖乙所示，t0時(shí)刻，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子以平行于極板的速度v0射入電容器，t3T時(shí)刻恰好從下極板邊緣射出電容器，帶電粒子的重力不計(jì)求：(1)平行板電容器板長(zhǎng)L；(2)粒子射出電容器時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度；(3)粒子射出電容器時(shí)豎直偏轉(zhuǎn)的位移y.解析(1)粒子水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，有Lv0·3T3v0T(2)粒子豎直方向先做T時(shí)間的勻加速，然后做T時(shí)間的勻速，再做T時(shí)間的勻加速，有a，vy·2Ttan，故arctan(3)豎直方向一共加速運(yùn)動(dòng)了2T時(shí)間，勻速運(yùn)動(dòng)了T時(shí)間，則y(2T)2T·TT2答案(1)3v0T(2)arctan(3)T28(xx·江蘇)制備納米薄膜裝置的工作電極可簡(jiǎn)化為真空中間距為d的兩平行極板，如圖甲所示加在極板A、B間的電壓 UAB作周期性變化，其正向電壓為 U0，反向電壓為kU0(k1)，電壓變化的周期為2，如圖乙所示在t0時(shí)，極板B附近的一個(gè)電子，質(zhì)量為m、電荷量為e，受電場(chǎng)作用由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)若整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電子未碰到極板A，且不考慮重力作用(1)若k，電子在02時(shí)間內(nèi)不能到達(dá)極板A，求d應(yīng)滿足的條件；(2)若電子在0200時(shí)間內(nèi)未碰到極板B，求此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電子速度v隨時(shí)間t變化的關(guān)系；(3)若電子在第N個(gè)周期內(nèi)的位移為零，求k的值解析(1)電子在0時(shí)間內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng)加速度的大小a1位移x1a12在2時(shí)間內(nèi)先做勻減速運(yùn)動(dòng)，后反向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度的大小a2初速度的大小v1a1勻減速運(yùn)動(dòng)階段的位移x2依據(jù)題意d>x1x2，解得d>(2)在2n(2n1)，(n0,1,2，99)時(shí)間內(nèi)速度增量v1a1在(2n1)2(n1)，(n0,1,2，99)時(shí)間內(nèi)加速度的大小a2速度增加v2a2(a)當(dāng)0t2n<時(shí)電子的運(yùn)動(dòng)速度vnv1nv2a1(t2n)解得vt(k1)n，(n0,1,2，99)(b)當(dāng)0t(2n1)<時(shí)電子的運(yùn)動(dòng)速度v(n1)v1nv2a2t2(n1)解得v(n1)(k1)kt，(n0,1,2，99)(3)電子在2(N1)(2N1)時(shí)間內(nèi)的位移x2N1v2N2a12由式可知v2N2(N1)(1k)由式可知v2N1(NNkk)依據(jù)題意x2N1x2N0解得k答案(1)d>(2)見(jiàn)解析(3)9(2011·浙江)如圖甲所示，靜電除塵裝置中有一長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為b、高為d的矩形通道，其前、后面板使用絕緣材料，上、下面板使用金屬材料圖乙是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定的高壓直流電源相連質(zhì)量為m、電荷量為q、分布均勻的塵埃以水平速度v0進(jìn)入矩形通道，當(dāng)帶負(fù)電的塵埃碰到下板后其所帶電荷被中和，同時(shí)被收集通過(guò)調(diào)整兩板間距d可以改變收集效率.當(dāng)dd0時(shí)，為81%(即離下板0.81d0范圍內(nèi)的塵埃能夠被收集)不計(jì)塵埃的重力及塵埃之間的相互作用(1)求收集效率為100%時(shí)，兩板間距的最大值dm；(2)求收集效率與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系解析(1)收集效率為81%，即離下板0.81d0的塵埃恰好到達(dá)下板的右端邊緣，設(shè)高壓電源的電壓為U，則在水平方向，有Lv0t在豎直方向，有0.81d0at2其中a當(dāng)減小兩板間距時(shí)，能夠增大電場(chǎng)強(qiáng)度，提高裝置對(duì)塵埃的收集效率收集效率恰好為100%時(shí)，兩板間距即為dm.如果進(jìn)一步減小d，收獲效率仍為100%.因此，在水平方向，有Lv0t在豎直方向，有dmat2其中a聯(lián)立各式，可得dm0.9d0(2)通過(guò)前面的求解可知，當(dāng)d0.9d0時(shí)，收集效率均為100%當(dāng)d>0.9d0時(shí)，設(shè)距下板x處的塵埃恰好到達(dá)下板的右端邊緣，此時(shí)有x()2根據(jù)題意，收集效率為聯(lián)立及式，可得0.81()210示波器是一種多功能電學(xué)儀器，可以在熒光屏上顯示出被檢測(cè)的電壓波形它的工作原理等效成下列情況：如圖甲所示，真空室中電極K發(fā)出電子(初速度不計(jì))，經(jīng)過(guò)電壓為U1的加速電場(chǎng)后，由小孔S沿水平金屬板A、B間的中心線射入板中，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，相距為d.在兩板間加上如圖乙所示的正弦交變電壓，前半個(gè)周期內(nèi)B板的電勢(shì)高于A板的電勢(shì)，電場(chǎng)全部集中在兩板之間，且分布均勻在每個(gè)電子通過(guò)極板的極短時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)視作恒定的在兩極板右側(cè)且與極板右端相距D處有一個(gè)與兩板中心線垂直的熒光屏，中心線正好與屏上坐標(biāo)原點(diǎn)相交當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電子到達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)O時(shí)，使屏以速度v沿x方向運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，在一個(gè)極短時(shí)間內(nèi)它又跳回到初始位置，然后重新做同樣的勻速運(yùn)動(dòng)(已知電子的質(zhì)量為m，帶電量為e，不計(jì)電子重力)求：(1)電子進(jìn)入A、B板間時(shí)的初速度；(2)要使所有的電子都能打到熒光屏上，圖乙中電壓的最大值U0需要滿足什么條件？(3)要使熒光屏上始終顯示一個(gè)完整的波形，熒光屏必須每隔多長(zhǎng)時(shí)間回到初始位置？計(jì)算這個(gè)波形的峰值和長(zhǎng)度，并在如圖(丙)所示的xOy坐標(biāo)系中畫(huà)出這個(gè)波形解析(1)電子在加速電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)能定理，有eU1mvv1(2)因?yàn)槊總€(gè)電子在板A、B間運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)均勻、恒定，故電子在板A、B間做類平拋運(yùn)動(dòng)，在兩板之外做勻速直線運(yùn)動(dòng)打在屏上在板A、B間沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，有Lv1t豎直方向，有yat2，且a聯(lián)立解得y只要偏轉(zhuǎn)電壓最大時(shí)的電子能飛出極板打在屏上，則所有電子都能打在屏上，即ym<所以U0<(3)要保持一個(gè)完整波形，需每隔周期T回到初始位置設(shè)某個(gè)電子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，有tan又知y聯(lián)立解得L由相似三角形的性質(zhì)，得則y峰值為ym，且x1vT.波形如下圖答案(1)(2)U0<(3)T最大峰值，波長(zhǎng)vT波形圖如上圖