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專練8　電場性質(zhì)及帶電粒子在電場中的運動 (限時：45分鐘) 一、單項選擇題 1． 如圖1所示，一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、 b、d三個點，a和b、b和c、 c和d間的距離均為R，在a點處有一電荷量為q (q>0)的固定點電荷．已知b點處的場強為零，則d點處場強的大小為(k為靜電力常量) (　　) 圖1 A．k B．k C．k D．k 答案　B 解析　電荷q產(chǎn)生的電場在b處的場強Eb＝，方向水平向右，由于b點的合場強為零，故圓盤上的電荷產(chǎn)生的電場在b處的場強Eb′＝Eb，方向水平向左，故Q＞0.由于b、d關(guān)于圓盤對稱，故Q產(chǎn)生的電場在d處的場強Ed′＝Eb′＝，方向水平向右，電荷q產(chǎn)生的電場在d處的場強Ed＝＝，方向水平向右，所以d處的合場強的大小E＝Ed′＋Ed＝k. 2． 兩異種點電荷電場中的部分等勢面如圖2所示，已知A點電勢高于B點電勢．若位于a、b處點電荷的電荷量大小分別為qa和qb，則 (　　) 圖2 A．a(chǎn)處為正電荷，qa＜qb B．a(chǎn)處為正電荷，qa＞qb C．a(chǎn)處為負電荷，qa＜qb D．a(chǎn)處為負電荷，qa＞qb 答案　B 解析　根據(jù)A點電勢高于B點電勢可知，a處為正電荷，qa＞qb，選項B正確． 3． 如圖3所示，圖甲中MN為足夠大的不帶電接地薄金屬板，在金屬板的右側(cè)，距離為d的位置上放入一個電荷量為＋q的點電荷O，由于靜電感應(yīng)產(chǎn)生了如圖甲所示的電場分布．P是金屬板上的一點，P點與點電荷O之間的距離為r，幾位同學(xué)想求出P點的電場強度大小，但發(fā)現(xiàn)問題很難．幾位同學(xué)經(jīng)過仔細研究，從圖乙所示的電場得到了一些啟示，經(jīng)過查閱資料他們知道：圖甲所示的電場分布與圖乙中虛線右側(cè)的電場分布是一樣的．圖乙中兩異種點電荷所帶電荷量的大小均為q，它們之間的距離為2d，虛線是兩點電荷連線的中垂線．由此他們分別對P點的電場強度方向和大小作出以下判斷，其中正確的是 (　　) 圖3 A．方向沿P點和點電荷O的連線向左，大小為 B．方向沿P點和點電荷O的連線向左，大小為 C．方向垂直于金屬板向左，大小為 D．方向垂直于金屬板向左，大小為 答案　C 解析　通過類比分析可知，P點的場強等于點電荷＋q在P點的場強垂直于金屬板的分量的2倍，方向垂直金屬板向左，大小為Ep＝2k＝，故C正確． 4． 某區(qū)域的電場線分布如圖4所示，其中間一根電場線是直線，一帶正電的粒子從直線上的O點由靜止開始在電場力作用下運動到A點，取O點為坐標(biāo)原點，沿直線向右為x軸正方向，粒子的重力忽略不計．在O到A運動過程中，下列關(guān)于粒子的運動速度v和加速度a隨時間t的變化、粒子的動能Ek和運動徑跡上電勢φ隨位移x的變化圖線可能正確的是 (　　) 圖4 答案　B 解析　帶正電的粒子從O點向A點運動，電場線先變疏再變密，電場強度先變小，后變大，故電場力和粒子的加速度也是先變小，后變大，選項B正確；粒子從O向A運動，一直加速，但加速度先變小，后變大，其速度—時間圖象的斜率應(yīng)是先變小，后變大，選項A錯誤；從O到A，電場強度先變小，后變大，單位長度上的電勢降落應(yīng)是先變小，后變大，選項C錯誤；根據(jù)Ek＝mv2＝Fx，Ek－x圖象的斜率為力F，從O到A，粒子所受的電場力先變小，后變大，故Ek－x圖象的斜率先變小，后變大，選項D錯誤． 5． 如圖5所示，在xOy坐標(biāo)系中以O(shè)為中心的橢圓上，有a、b、c、d、e五點，其中a、b、c、d為橢圓與坐標(biāo)軸的交點．現(xiàn)在橢圓的一個焦點O1固定一正點電荷，另一正試探電荷僅在電場力作用下的運動軌跡如圖中虛線所示，下列說法正確的是 (　　) 圖5 A．a(chǎn)、c兩點的電場強度相同 B．d點的電勢小于b點的電勢 C．正試探電荷沿虛線運動過程中在b點的動能大于在e點的動能 D．若將正試探電荷由a沿橢圓經(jīng)be移動到c，電場力先做負功后做正功，但總功為零 答案　C 解析　由正點電荷電場線的分布及電場線方向與電勢變化的關(guān)系可知，a、c兩點的場強大小相等，但方向不同，b點電勢小于d點電勢．正試探電荷由b點到e點的運動過程中，由W1＝q(φb－φe)可知，電場力(合力)做負功，動能減小，A、B錯誤，C正確；若將正試探電荷由a沿橢圓經(jīng)be移動到c，由W2＝q(φa－φc)可知，過b點之前電場力做正功，過b點之后電場力做負功，整個運動過程中，電場力的總功為零，D錯誤． 6． 如圖6所示，一個電量為＋Q的點電荷甲，固定在絕緣水平面上的O點，另一個電量為－q、質(zhì)量為m的點電荷乙從A點以初速度v0沿它們的連線向甲運動，到B點時速度最小且為v.已知靜電力常量為k，點電荷乙與水平面的動摩擦因數(shù)為μ，AB間距離為L，則以下說法不正確的是 (　　) 圖6 A．OB間的距離為 B．從A到B的過程中，電場力對點電荷乙做的功為W＝μmgL＋mv－mv2 C．從A到B的過程中，電場力對點電荷乙做的功為W＝μmgL＋mv2－mv D．從A到B的過程中，乙的電勢能減少 答案　B 解析　A做加速度逐漸減小的減速直線運動，到B點時速度最小，所受庫侖力等于摩擦力，由μmg＝k，解得OB間的距離為r＝，選項A正確．從A到B的過程中，由動能定理，電場力對點電荷乙做的功為W＝μmgL＋mv2－mv，選項B不正確，C正確．從A到B的過程中，電場力做正功，乙的電勢能減小，選項D正確． 7． 如圖7所示，兩平行金屬板間有一勻強電場，板長為L，板間距離為d，在板右端L處有一豎直放置的光屏M，一帶電荷量為q，質(zhì)量為m的質(zhì)點從兩板中央射入板間，最后垂直打在M屏上，則下列結(jié)論正確的是 (　　) 圖7 A．板間電場強度大小為mg/q B．板間電場強度大小為mg/2q C．質(zhì)點在板間的運動時間和它從板的右端運動到光屏的時間相等 D．質(zhì)點在板間的運動時間大于它從板的右端運動到光屏的時間 答案　C 解析　根據(jù)質(zhì)點垂直打在M屏上可知，質(zhì)點在兩板中央運動時向上偏轉(zhuǎn)，在板右端運動時向下偏轉(zhuǎn)，mgtQ B．它們的電荷量之比為qP∶qQ＝2∶1 C．它們的動能增量之比為ΔEkP∶ΔEkQ＝2∶1 D．它們的電勢能減少量之比為ΔEP∶ΔEQ＝2∶1 答案　B 解析　兩帶電小球在豎直方向均做自由落體運動，它們的運動時間的關(guān)系為tP＝tQ，選項A錯誤．兩帶電小球重力與電場力合力方向均沿各自運動軌跡方向，它們的電荷量之比為qP∶qQ＝2∶1，選項B正確．兩帶電小球重力做功相同，電場力做功之比為4∶1，它們的動能增量之比不為2∶1，選項C錯誤；它們的電勢能減少量之比為4∶1，選項D錯誤． 二、多項選擇題 9．如圖9所示，在x軸上相距為L的兩點固定兩個等量異種點電荷＋Q、－Q，虛線是以＋Q所在點為圓心、為半徑的圓，a、b、c、d是圓上的四個點，其中a、c兩點在x軸上，b、d兩點關(guān)于x軸對稱．下列判斷正確的是 (　　) 圖9 A．b、d兩點處的電勢相同 B．四個點中c點處的電勢最低 C．b、d兩點處的電場強度相同 D．將一試探電荷＋q沿圓周由a點移至c點，＋q的電勢能減小 答案　ABD 解析　在兩等量異種電荷產(chǎn)生的電場中，根據(jù)電場分布規(guī)律和電場的對稱性可以判斷，b、d兩點電勢相同，均大于c點電勢，b、d兩點場強大小相同但方向不同，選項A、B正確，C錯誤．將＋q沿圓周由a點移至c點，＋Q對其作用力不做功，－Q對其作用力做正功，所以＋q的電勢能減小，選項D正確． 10．噴墨打印機的簡化模型如圖10所示，重力可忽略的墨汁微滴，經(jīng)帶電室?guī)ж撾姾?，以速度v垂直勻強電場飛入極板間，最終打在紙上，則微滴在極板間電場中 (　　) 圖10 A．向正極板偏轉(zhuǎn) B．電勢能逐漸增大 C．運動軌跡是拋物線 D．運動軌跡與帶電量無關(guān) 答案　AC 解析　不計重力的微滴帶負電，所受電場力方向指向帶正電荷的極板，故向正極板偏轉(zhuǎn)，A對．在電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動，故粒子動能增加，電場力做正功，電勢能逐漸減小，B錯．不計重力的帶負電微滴的初速度和所受恒定電場力垂直，故運動軌跡為拋物線，C對．由F＝ma，F(xiàn)＝Eq，U＝Ed，得：a＝，可知粒子加速度和帶電量有關(guān)，加速度直接影響電場力方向上的加速運動，也會影響運動軌跡，D錯． 11．如圖11所示，虛線為某一帶電粒子只在電場力作用下的運動軌跡，M、N為運動軌跡上兩點，下列說法中正確的是 (　　) 圖11 A．如果實線表示電場線，則該粒子在M點的動能一定小于在N點的動能 B．如果實線表示等勢面，則該粒子在M點的動能一定小于在N點的動能 C．不論實線表示電場線還是等勢面，粒子在M點的加速度一定小于在N點的加速度 D．不論實線表示電場線還是等勢面，都不能確定M、N兩點電勢高低關(guān)系，但能確定該粒子所帶電荷的正負 答案　AC 解析　如果實線表示電場線，做曲線運動的粒子受到的合力指向曲線的內(nèi)側(cè)，從M到N電場力做正功，動能增加，選項A正確；如果實線表示等勢面，粒子從M到N電場力做負功，動能減少，選項B錯誤；無論實線表示電場線還是等勢面，N點比M點周圍的線要密，所以粒子在N點受到的電場力大，加速度也大，選項C正確；無論實線表示電場線還是等勢面，都不能確定M、N兩點間電勢高低關(guān)系，也不能確定該粒子所帶電荷的正負，選項D錯誤． 12．狄拉克曾經(jīng)預(yù)言，自然界應(yīng)該存在只有一個磁極的磁單極子，其周圍磁感線呈均勻輻射狀分布，距離它r處的磁感應(yīng)強度大小為B＝(k為常數(shù))．磁單極子S的磁場分布如圖12甲所示，它與如圖乙所示負點電荷Q的電場分布相似．假設(shè)磁單極子S和負點電荷Q均固定，有一帶電小球分別在S和Q附近做勻速圓周運動，則關(guān)于小球做勻速圓周運動的判斷正確的是 (　　) 圖12 A．若小球帶正電，其運動軌跡平面可在S正上方，如圖甲所示 B．若小球帶正電，其運動軌跡平面可在Q正下方，如圖乙所示 C．若小球帶負電，其運動軌跡平面可在S正上方，如圖甲所示 D．若小球帶負電，其運動軌跡平面可在Q正下方，如圖乙所示 答案　ABC 解析　對于題圖甲中，帶電小球沿虛線做圓周運動，受到的洛倫茲力與磁感線垂直，帶電小球能夠做圓周運動，受力情況如圖(a)所示，小球可能帶正電，俯視做逆時針的圓周運動，小球也可能帶負電，俯視做順時針的圓周運動，選項A、C正確；對于題圖乙，小球做圓周運動的受力情況如圖(b)所示，小球只能帶正電，選項B正確，選項D錯誤． 13．美國物理學(xué)家密立根通過研究平行板間懸浮不動的帶電油滴，比較準(zhǔn)確地測定了電子的電荷量．如圖13所示，平行板電容器兩極板M、N相距d，兩極板分別與電壓為U的恒定電源兩極連接，極板M帶正電．現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電油滴在極板中央處于靜止?fàn)顟B(tài)，且此時極板帶電荷量與油滴帶電荷量的比值為k，則 (　　) 圖13 A．油滴帶負電 B．油滴帶電荷量為 C．電容器的電容為 D．將極板N向下緩慢移動一小段距離，油滴將向上運動 答案　AC 解析　由題意知油滴受到的電場力方向豎直向上，又上極板帶正電，故油滴帶負電，設(shè)油滴帶電荷量為q，則極板帶電荷量為Q＝kq，由于qE＝mg，E＝，C＝，解得q＝，C＝，將極板N向下緩慢移動一小段距離，U不變，d增大，則場強E減小，重力將大于電場力，油滴將向下運動，只有選項A、C正確． 14．在空間中水平面MN的下方存在豎直向下的勻強電場，質(zhì)量為m的帶電小球由MN上方的A點以一定初速度水平拋出，從B點進入電場，到達C點時速度方向恰好水平，A、B、C三點在同一直線上，且AB＝2BC，如圖14所示．由此可見 (　　) 圖14 A．電場力為3mg B．小球帶正電 C．小球從A到B與從B到C的運動時間相等 D．小球從A到B與從B到C的速度變化量的大小相等 答案　AD 解析　設(shè)AC與豎直方向的夾角為θ，對帶電小球從A到C，電場力做負功，小球帶負電，由動能定理，mgACcos θ－qEBCcos θ＝0，解得電場力為qE＝3mg，選項A正確，B錯誤．小球在水平方向做勻速直線運動，從A到B的運動時間是從B到C的運動時間的2倍，選項C錯誤；小球在豎直方向先加速后減速，小球從A到B與從B到C豎直方向的速度變化量的大小相等，水平速度不變，小球從A到B與從B到C的速度變化量的大小相等，選項D正確． 【解題方法技巧5】　　單位檢驗法 有些選擇題的選項是用字母表示的代數(shù)式(例如第13題的B、C選項)，如果這個選項的單位與題干中要求的物理量單位不一致，就可以排除這個選項.如選項B中，電荷量的單位根據(jù)q＝\f(F,E)可得到1 C＝1 Nm/V，但用表達式\f(mg,Ud)推得的單位是N/Vm，故該選項錯誤.C選項的表達式推得的單位是電容的單位，則C選項可能正確.若要進一步判斷則應(yīng)該用其它方法. 雖然這種方法不能排除所有錯誤選項，但只要能排除部分錯誤選項，對幫助正確選擇答案也是有益的.