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时间:2019-05-03
《高考物理总复习第23课电容器带电粒子在电场中的运动练习》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第23课电容器 带电粒子在电场中的运动1.平行板电容器的动态分析a.U不变时电容器的动态分析(1)(经典题,6分)某电容式话筒的原理示意图如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板。对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动,在P、Q间距增大过程中( )A.P、Q构成的电容器的电容增大B.P上电荷量保持不变C.M点的电势比N点的低D.M点的电势比N点的高答案:D解析:电容式话筒与电源串联,电压保持不变。在P、Q间距增大过程中,根据电容决定式C=得电容减小,又根据电容定义式C=得电容器所带电量减小,电容器的放电电流通过R的方向由M
2、到N,所以M点的电势比N点的高。故A项、B项、C项均错误,D项正确。(2)(2017海南单科,4分)如图所示,平行板电容器的两极板竖直放置并分别与电源的正负极相连,一带电小球经绝缘轻绳悬挂于两极板之间,处于静止状态。现保持右极板不动,将左极板向左缓慢移动。关于小球所受的电场力大小F和绳子的拉力大小T,下列判断正确的是( )A.F逐渐减小,T逐渐减小B.F逐渐增大,T逐渐减小C.F逐渐减小,T逐渐增大D.F逐渐增大,T逐渐增大答案:A解析:电容器与电源相连,所以两极板间电势差不变,将左极板向左缓慢移动的过程中,两板间距离增大,则由U=
3、Ed可知,电场强度E减小;电场力F=Eq减小;小球处于平衡状态,受重力、拉力与电场力的作用而处于平衡,故拉力与电场力和重力的合力大小相等,方向相反;根据平行四边形定则可知,T=;由于重力不变,电场力变小,故拉力变小,故A项正确,B项、C项、D项均错误。b.Q不变时电容器的动态分析(3)(2016天津理综,6分)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,在两极板间有一个固定在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,θ表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动,将上
4、极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则( )A.θ增大,E增大B.θ增大,Ep不变C.θ减小,Ep增大D.θ减小,E不变答案:D解析:保持下极板不动,上极板向下移动一小段距离后,由C=可知,电容器的电容变大,由于Q不变,由C=可知U减小,故静电计的指针偏角θ变小。电场强度E===不变;由于下极板不动,可知P点离下极板的距离不变,又E不变,则P点与下极板的电势差不变,P点电势不变,则点电荷在P点的电势能Ep不变,故A项、B项、C项均错误,D项正确。2.带电粒子在匀强电场中的运动a.从动力学和能的角度分析带电粒子的直线运动(4)(20
5、15海南单科,3分)如图所示,一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为M、电荷量为q(q>0)的粒子;在负极板附近有另一质量为m、电荷量为-q的粒子。在电场力的作用下,两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距l的平面。若两粒子间相互作用力可忽略。不计重力,则M∶m为( )A.3∶2B.2∶1C.5∶2D.3∶1答案:A解析:根据题意,两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距l的平面,所以q的位移为xM=l,而-q的位移为xm=l-l=l。粒子只受到电场力的作用做初速度为0的匀加速直线运动
6、,设电场强度为E,由牛顿第二定律得aM=,am=。又由x=at2,并且两粒子的运动时间t相同,得====,故A项正确。(5)(经典题,20分)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(07、匀变化,则可知电场为匀强电场。0与d(或-d)两点间的电势差为φ0,电场强度的大小为E=(2分),粒子所受电场力的大小F=qE=(1分)②粒子动能与电势能之和为-A保持不变,设粒子在[-x0,x0]区间内运动,速率为v,则mv2-qφ=-A①(2分)由图可知φ=φ0(1-)②(1分)①②联立解得mv2=qφ0(1-)-A(2分)因动能非负,有qφ0(1-)-A≥0,得≤d(1-)(2分)即x0=d(1-)③ 粒子在-d(1-)≤x≤d(1-)区间内运动(2分)③粒子沿x轴方向在运动区间内做周期性运动,且从最远(-x0或x0)处向O点处8、运动时做匀加速直线运动,从O点处向最远(-x0或x0)处运动时做匀减速直线运动。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===④(2分)由匀加速直线运动x0=at2得t=(2分)将③④代
7、匀变化,则可知电场为匀强电场。0与d(或-d)两点间的电势差为φ0,电场强度的大小为E=(2分),粒子所受电场力的大小F=qE=(1分)②粒子动能与电势能之和为-A保持不变,设粒子在[-x0,x0]区间内运动,速率为v,则mv2-qφ=-A①(2分)由图可知φ=φ0(1-)②(1分)①②联立解得mv2=qφ0(1-)-A(2分)因动能非负,有qφ0(1-)-A≥0,得≤d(1-)(2分)即x0=d(1-)③ 粒子在-d(1-)≤x≤d(1-)区间内运动(2分)③粒子沿x轴方向在运动区间内做周期性运动,且从最远(-x0或x0)处向O点处
8、运动时做匀加速直线运动,从O点处向最远(-x0或x0)处运动时做匀减速直线运动。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===④(2分)由匀加速直线运动x0=at2得t=(2分)将③④代
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