高考物理系統(tǒng)性復(fù)習(xí) (能力提高練) 第三節(jié) 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（附解析）

【能力提高練】第三節(jié)電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．(2022?高考湖北卷)密立根油滴實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，兩塊水平放置的金屬板分別與電源的正負(fù)極相接，板間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)。用一個(gè)噴霧器把密度相同的許多油滴從上板中間的小孔噴入電場(chǎng)，油滴從噴口噴出時(shí)由于摩擦而帶電。金屬板間電勢(shì)差為U時(shí)，電荷量為q、半徑為r的球狀油滴在板間保持靜止。若僅將金屬板間電勢(shì)差調(diào)整為2U，則在板間能保持靜止的球狀油滴所帶電荷量和半徑可以為()A．q，r B．2q，r C．2q，2r D．4q，2r【解析】初始狀態(tài)下，液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，滿足，即AB．當(dāng)電勢(shì)差調(diào)整為2U時(shí)，若液滴的半徑不變，則滿足，可得，AB錯(cuò)誤；CD．當(dāng)電勢(shì)差調(diào)整為2U時(shí)，若液滴的半徑變?yōu)?r時(shí)，則滿足，可得，C錯(cuò)誤，D正確。故選D?！敬鸢浮緿2．(2022?高考浙江卷)如圖所示，帶等量異種電荷的兩正對(duì)平行金屬板M、N間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，板長(zhǎng)為L(zhǎng)(不考慮邊界效應(yīng))。t=0時(shí)刻，M板中點(diǎn)處的粒子源發(fā)射兩個(gè)速度大小為v0的相同粒子，垂直M板向右的粒子，到達(dá)N板時(shí)速度大小為；平行M板向下的粒子，剛好從N板下端射出。不計(jì)重力和粒子間的相互作用，則()A．M板電勢(shì)高于N板電勢(shì)B．兩個(gè)粒子的電勢(shì)能都增加C．粒子在兩板間的加速度D．粒子從N板下端射出的時(shí)間【解析】A．由于不知道兩粒子的電性，故不能確定M板和N板的電勢(shì)高低，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)題意垂直M板向右的粒子，到達(dá)N板時(shí)速度增加，動(dòng)能增加，則電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小；則平行M板向下的粒子到達(dá)N板時(shí)電場(chǎng)力也做正功，電勢(shì)能同樣減小，故B錯(cuò)誤；CD．設(shè)兩板間距離為d，對(duì)于平行M板向下的粒子剛好從N板下端射出，在兩板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，有，，對(duì)于垂直M板向右的粒子，在板間做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，因兩粒子相同，在電場(chǎng)中加速度相同，有，聯(lián)立解得，。故C正確，D錯(cuò)誤；故選C。【答案】C3．(2022?安徽師范大學(xué)附屬中學(xué)第五次綜合測(cè)試)(多選)M，N兩金屬板豎直放置，使其帶電，懸掛其中的帶電小球P偏離豎直方向。下列哪一項(xiàng)措施會(huì)使OP懸線與豎直方向的夾角增大？(P球不與金屬極板接觸)()A．增大MN兩極板間的電勢(shì)差B．增大MN兩極板的帶電量C．保持極板電量不變，將M板向右平移一小段D．保持極板電量不變，將M板向下平移一小段【解析】A．由和得，，增大MN兩極板間的電勢(shì)差，懸線與豎直方向的夾角增大，A正確；B．由和得，，增大MN兩極板的帶電量，懸線與豎直方向的夾角增大，B正確；C．由和得，保持極板電量不變，將M板向右平移一小段，懸線與豎直方向的夾角不變，C錯(cuò)誤；D．由，保持極板電量不變，將M板向下平移一小段，S減小，懸線與豎直方向的夾角增大，D正確。故選ABD。【答案】ABD4．(2022?河南省名校聯(lián)盟高三(上)第三次診斷考試)(多選)如圖所示，水平正對(duì)的金屬板A、B與干電池連接，B板接地，靜電計(jì)的電荷量導(dǎo)線以及電池的內(nèi)阻均不計(jì)。開關(guān)S閉合，一帶負(fù)電的油滴靜止于兩板間的P點(diǎn)。下列說法正確的是()A．若僅將A板上移一些，則靜電計(jì)指針的張角減小B．若僅將B板下移一些，則油滴向下運(yùn)動(dòng)C．若斷開S，且僅將B板下移一些，則油滴的電勢(shì)能減小D．若斷開S，且僅在A、P間插入玻璃板，則油滴向上運(yùn)動(dòng)【解析】A．金屬板A、B與干電池連接，兩板間電勢(shì)差不變，A板上移，靜電計(jì)指針的張角不變，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)，若僅將B板下移一些，板間電場(chǎng)強(qiáng)度減小，豎直向上的電場(chǎng)力減小，而重力不變，則油滴受合外力向下，將向下運(yùn)動(dòng)，故B正確；C．若斷開S，極板電荷量不變，根據(jù)，，，可得，僅將B板下移一些，板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變，P點(diǎn)與零電勢(shì)B板間電勢(shì)差，增大，則P點(diǎn)電勢(shì)增大，帶負(fù)電的油滴在P點(diǎn)的電勢(shì)能減小，故C正確；D．若斷開S，且僅在A、P間插入玻璃板，則介電常數(shù)增大，則電場(chǎng)強(qiáng)度減小，則豎直向上的電場(chǎng)力減小，而重力不變，則油滴受合外力向下，將向下運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。故選BC。【答案】BC5．(2022?哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)高三(上)期中)如圖所示，豎直放置的帶電平行板電容器與一靜電計(jì)相連，一帶電小球用絕緣細(xì)線懸掛于平行板間處于靜止?fàn)顟B(tài)，小球與豎直方向的夾角為θ，此時(shí)A極板帶負(fù)電，B極板帶正電。則下列判斷正確的是()A．輕輕將細(xì)線剪斷，小球?qū)⒆鲂睊佭\(yùn)動(dòng)B．若將A極板向左平移稍許，電容器的電容將增大C．若將A極板向上平移稍許，夾角θ將變小D．若將A極板向下平移稍許，靜電計(jì)指針偏角增大【解析】A．輕輕將細(xì)線剪斷，小球?qū)⒀刂亓εc電場(chǎng)力的合力方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B．充電后與電源斷開，電荷量不變，由公式可知，若將A極板向左平移稍許，即增大，則電容器的電容將減小，故B錯(cuò)誤；C．充電后與電源斷開，電荷量不變，由公式可知，若將A極板向上平移稍許，即S減小，則電容減小，由可知，則電勢(shì)差增大，由公式可知，場(chǎng)強(qiáng)增大，小球受到的電場(chǎng)力增大，則夾角θ將變大，故C錯(cuò)誤；D．充電后與電源斷開，電荷量不變，由公式可知，若將A極板下平移稍許，即S減小，則電容減小，由可知，則電勢(shì)差增大即靜電計(jì)指針偏角增大，故D正確。故選D?！敬鸢浮緿6．(2022?天津市耀華中學(xué)高三(上)第三次月考)(多選)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種靜電除塵裝置,如圖甲所示，其中有一長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為b、高為d的矩形通道,其前、后面板為絕緣材料,上、下面板為金屬材料．圖乙是裝置的截面圖,上、下兩板與電壓恒為U的高壓直流電源相連．帶負(fù)電的塵埃被吸入矩形通道的水平速度為v0,當(dāng)碰到下板后其所帶電荷被中和,同時(shí)被收集．將被收集塵埃的數(shù)量與進(jìn)入矩形通道塵埃的數(shù)量的比值稱為除塵率．不計(jì)塵埃的重力及塵埃之間的相互作用．要增大除塵率,則下列措施可行的是()A．只增大電壓U B．只增大高度dC．只增大長(zhǎng)度L D．只增大塵埃被吸入水平速度v0【解析】增加除塵率即是讓離下極板較遠(yuǎn)的粒子落到下極板上，帶電塵埃在矩形通道內(nèi)做類平拋運(yùn)動(dòng)，在沿電場(chǎng)的方向上的位移為，即增加y即可．A、只增加電壓U可以增加y，故A滿足條件．B、只增大高度d，由題意知d增加則位移y減小，故B不滿足條件．C、只增加長(zhǎng)度L，可以增加y，故C滿足條件．D、只增加水平速度v0，y減小，故D不滿足條件．故選AC．【答案】AC7．(2022?重慶市第一中學(xué)高三(下)第一次月考)(多選)如圖所示，D是一只理想二極管，平行板電容器的A、B兩極板間有一電荷，在P點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)。以Q表示電容器儲(chǔ)存的電荷量，U表示兩極板間的電壓，表示電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能。若保持極板B不動(dòng)，將極板A稍向上平移，則下列說法中正確的是()A．U不變 B．Q不變C．不變 D．電荷仍保持靜止【解析】AB．將極板A稍向上平移，極板間距d增大，由電容器電容決定式，可知，電容C減小，若電容器兩端電壓U不變，電容器所帶電量Q將減小，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，電容器的電荷不能回到電源，所以電容器的電量Q不變；由于電容C減小，由電容的定義式，可知，U變大，A錯(cuò)誤，B正確；CD．根據(jù)，，，可得，可知板間的場(chǎng)強(qiáng)E不變，板間的電荷所受電場(chǎng)力不變，電荷仍保持靜止；P點(diǎn)與B板間的電勢(shì)差，因E、dPB不變，UPB不變，又B板接地，電勢(shì)為零，所以P點(diǎn)的電勢(shì)不變，根據(jù)，可知電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能不變，CD正確。故選BCD。【答案】BCD8．(2022?成都石室中學(xué)高三(下)專家聯(lián)測(cè)卷(四))(多選)如圖所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q(q＞0)的粒子以速度v。從MN連線上的P點(diǎn)水平向右射入大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中。已知MN與水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略。則粒子到達(dá)MN連線上的某點(diǎn)時(shí)()A．所用時(shí)間為B．速度大小為C．與P點(diǎn)的距離為D．速度方向與豎直方向的夾角為30°【解析】A．粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向，豎直方向，由，可得，故A正確；B．由于，故粒子速度大小為，故B錯(cuò)誤；C．由幾何關(guān)系可知，到P點(diǎn)的距離為，故C正確；D．速度方向與豎直方向的夾角的正切值，即，故D錯(cuò)誤。故選AC。【答案】AC9．(2022?陜西省西安市第一中學(xué)高三(上)期中)(多選)如圖所示，兩塊正對(duì)平行金屬板與一電壓恒定的電源相連，下極接地，下板上疊放有玻璃板，一帶電油滴恰好靜止于兩板間的P點(diǎn)，當(dāng)把玻璃板從兩板間快速抽出，下列說法正確的是()A．帶電油滴帶負(fù)電 B．P點(diǎn)的電勢(shì)保持不變C．帶電油滴將加速向下運(yùn)動(dòng) D．會(huì)有瞬間電流從a向b流經(jīng)電阻R【解析】A．由圖可知，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電，故兩板間電場(chǎng)方向向下，油滴懸浮在兩板間，受到的重力與電場(chǎng)力平衡，故電場(chǎng)力向上，帶電油滴受力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反，因此油滴帶負(fù)電，故A正確；B．當(dāng)把玻璃板從兩板間快速抽出，兩板間距離d不變，電壓U不變，根據(jù)公式，可知，兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變，再根據(jù)，可知，P點(diǎn)與下極板間的電勢(shì)差不變，下極板接地，電勢(shì)始終為0，則P點(diǎn)的電勢(shì)保持不變，故B正確；C．因?yàn)閮砂彘g電場(chǎng)強(qiáng)度不變，則帶電油滴受力情況不變，仍將保持靜止，故C錯(cuò)誤；D．當(dāng)把玻璃板從兩板間快速抽出，相對(duì)介電常數(shù)減小，根據(jù)電容的決定式，可知，電容C減小，又根據(jù)，可得，電量Q減小，故電容器放電，會(huì)有瞬間電流從a向b流經(jīng)電阻R，故D正確。故選ABD?！敬鸢浮緼BD10．(2022?遼寧省名校聯(lián)盟高三(下)3月聯(lián)合考試)在如圖所示的電路中，E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)阻，為定值電阻，R為滑動(dòng)變阻器。、為水平放置的兩個(gè)平行金屬板，二者之間的電場(chǎng)可以視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，虛線平行于金屬板。當(dāng)R的滑片在中點(diǎn)時(shí)，閉合開關(guān)S，帶電小球以從O點(diǎn)沿飛入，剛好從點(diǎn)飛出。若帶電小球都能夠從平行金屬板右側(cè)飛出，下列說法正確的是()A．若滑動(dòng)變阻器R的滑片向右移動(dòng)一段距離后不動(dòng)，帶電小球仍以從O點(diǎn)沿飛入，則飛出點(diǎn)在點(diǎn)B．若滑動(dòng)變阻器R的滑片向右移動(dòng)一段距離后不動(dòng)，帶電小球仍以從O點(diǎn)沿飛入，則飛出點(diǎn)在點(diǎn)下方C．若金屬板平行上移一小段距離，帶電小球仍以從O點(diǎn)沿飛入，則小球?qū)Ⅻc(diǎn)飛出D．若金屬板平行下移一小段距離仍在上方，帶電小球仍以從O點(diǎn)沿飛入，則小球?qū)⒃邳c(diǎn)飛出【解析】AB．滑動(dòng)變阻器R的滑片向右移動(dòng)一段距離后，滑動(dòng)變阻器電阻R減小，總電流變大，兩端電壓變大，即電容器電壓變大，粒子受到向上的電場(chǎng)力變大，帶電小球仍以從O點(diǎn)沿飛入，飛出點(diǎn)在點(diǎn)上方，AB錯(cuò)誤；C．若金屬板MN平行上移一小段距離，電容器電容變小，電容器電壓不變，所以電容器電量減小，但由于二極管的單向?qū)щ娦?，電容器電量無法減小，其電量不變，由，，，可得，可知場(chǎng)強(qiáng)E不變，粒子受到向上的電場(chǎng)力不變，帶電小球仍以從O點(diǎn)沿飛入，將在點(diǎn)飛出，C正確；D．若金屬板平行下移一小段距離，電容器電容變大，電容器電壓不變，所以電容器電量變大，由，可知場(chǎng)強(qiáng)E變大，粒子受到向上的電場(chǎng)力變大，帶電小球仍以從O點(diǎn)沿飛入，將在點(diǎn)上方飛出，D錯(cuò)誤。故選C?！敬鸢浮緾11．(2022?江蘇省海門中學(xué)高(下)期初考試)如圖所示，一平行板電容器豎直放置，兩板間距為d，電容為C，O為兩板中心。過O且與板垂直的直線上，板外的M、N兩點(diǎn)到O點(diǎn)距離均為2d，板間的P、S兩點(diǎn)到O點(diǎn)的距離相等。在M、N點(diǎn)分別放置電荷量－Q、+Q的點(diǎn)電荷時(shí)，O點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)恰好為零。已知靜電力常量為k，忽略兩點(diǎn)電荷對(duì)兩板電荷分布的影響。則()A．A極板帶負(fù)電，B極板帶正電B．P、S兩點(diǎn)的電勢(shì)相等C．P、S兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向相反D．電容器所帶的電荷量為【解析】A．M、N兩點(diǎn)的點(diǎn)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向向左，所以電容器兩個(gè)極板產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向向右，則A板帶正電，B板帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；BC．由等量異種電荷電場(chǎng)和電容器的電場(chǎng)分布可知，P、S兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向向左，故S點(diǎn)的電勢(shì)高于P點(diǎn)電勢(shì)，故B、C錯(cuò)誤；D．等量異種電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向向左，大小為，電容器在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小等于，所以電容器極板帶電量，故D正確。故選D?！敬鸢浮緿12．(2022?北京市北師大附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三(下)零模)(多選)當(dāng)溫度從低到高變化時(shí)，通常物質(zhì)會(huì)經(jīng)歷固體、液體和氣體三種狀態(tài)，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，氣體中的原子、分子將出現(xiàn)電離，形成電子、離子組成的體系，這種由大量帶電粒子(有時(shí)還有中性粒子)組成的體系便是等離子體。等離子體在宏觀上具有強(qiáng)烈保持電中性的趨勢(shì)，如果由于某種原因引起局部的電荷分離，就會(huì)產(chǎn)生等離子體振蕩現(xiàn)象。其原理如圖，考慮原來宏觀電中性的、厚度為l的等離子體薄層，其中電子受到擾動(dòng)整體向上移動(dòng)一小段距離(xl)，這樣在上、下表面就可分別形成厚度均為x的負(fù)、正電薄層，從而在中間宏觀電中性區(qū)域形成勻強(qiáng)電場(chǎng)E，其方向已在圖中示出。設(shè)電子電量為-e(e>0)、質(zhì)量為m、數(shù)密度(即單位體積內(nèi)的電子數(shù)目)為n，等離子體上下底面積為S。電荷運(yùn)動(dòng)及電場(chǎng)變化所激發(fā)的磁場(chǎng)及磁相互作用均可忽略不計(jì)。(平行板電容器公式，其中為真空介電常量，s為電容器極板面積，d為極板間距)結(jié)合以上材料，下列說法正確的是()A．上表面電荷宏觀電量為B．上表面電荷宏觀電量為C．該勻強(qiáng)電場(chǎng)的大小為D．該勻強(qiáng)電場(chǎng)的大小為【解析】AB．由于單位體積內(nèi)的電子數(shù)目為，上表面負(fù)電薄層的體積為，所以電荷宏觀電量為，故A正確、B錯(cuò)誤；CD．根據(jù)題意可知平行板電容器公式，其中，解得，該勻強(qiáng)電場(chǎng)的大小為，故C錯(cuò)誤，D正確；故選AD?！敬鸢浮緼D13．(2022?華南師范大學(xué)附中、廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)等四校聯(lián)考)電子槍是示波器構(gòu)造的一部分，如圖是電子槍的示意圖。A是電阻絲，加熱后電子可以從電阻絲中逃逸出來，U1是加在電阻絲兩端的電壓。B是金屬板，在A、B之間加高電壓U2，逃逸出來的電子經(jīng)A、B間電場(chǎng)加速后從金屬板中間的小孔射出。電子從電阻絲出來時(shí)的速度近似為零，U2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于U1，電阻絲與板間的距離為d，電子電量為e，質(zhì)量為m，以下選項(xiàng)正確的是()A．金屬板的電勢(shì)低于電阻絲的電勢(shì)B．電阻絲與金屬板間的場(chǎng)強(qiáng)大小為C．電子從小孔射出時(shí)的速度大小為D．電子從小孔射出時(shí)的速度大小為【解析】A．A、B間電場(chǎng)用來使電子加速，電子要受到向右的電場(chǎng)力，所以金屬板電勢(shì)要高于電阻絲的電勢(shì)，故A錯(cuò)誤；B．電阻絲與金屬板間的電場(chǎng)并不是勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以不能用來計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)，故B錯(cuò)誤；CD．電子從電阻絲出來時(shí)的速度近似為零，經(jīng)A、B間電場(chǎng)加速后從金屬板中間的小孔射出，初末位置電勢(shì)差為U2，根據(jù)動(dòng)能定理，得，故C錯(cuò)誤，D正確。故選D?！敬鸢浮緿14．(2022?福建師范大學(xué)附屬中學(xué)高三(下)開學(xué)考試)(多選)如圖所示，一水平放置的平行板電容器其間距為d，兩極板分別與電池的兩極相連，上極板中央有一小孔，小孔對(duì)電場(chǎng)的影響可以忽略不計(jì)。開關(guān)閉合時(shí)，小孔正上方處有一帶正電的粒子，粒子由靜止開始下落恰好能到達(dá)下極板但沒有與下極板接觸，下列說法正確的是()A．保持開關(guān)閉合，若將下極板上移，粒子將在距上級(jí)板處返回B．保持開關(guān)閉合，若將下極板上移，粒子將在距上級(jí)板處返回C．?dāng)嚅_開關(guān)，若將下極板上移，粒子將能返回原處D．?dāng)嚅_開關(guān)，若將上極板上移，粒子將能返回原處【解析】AB．下極板移動(dòng)前，根據(jù)動(dòng)能定理，保持開關(guān)閉合，若將下極板向上平移，設(shè)運(yùn)動(dòng)到距離上極板x1處返回，根據(jù)動(dòng)能定理得，解得，即粒子將在距上極板d處返回，A錯(cuò)誤，B正確；C．下極板移動(dòng)前，根據(jù)動(dòng)能定理，若斷開開關(guān)，將下極板上移，兩板的場(chǎng)強(qiáng)E不變，設(shè)運(yùn)動(dòng)到距離上極板x2處返回，由動(dòng)能定理，解得，即粒子將碰到下極板而不能返回，C錯(cuò)誤；D．將上極板上移，兩板的場(chǎng)強(qiáng)E不變，設(shè)粒子到達(dá)離下極板x3處返回，由動(dòng)能定理，解得，故粒子將不能碰到下極板而返回到原處，D正確。故選BD。【答案】BD15．(2022?北京市西城區(qū)高三(上)期末)讓氕核()和氘核()以相同的動(dòng)能沿與電場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。已知兩種粒子均能離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，不計(jì)粒子的重力，則()A．兩種粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度相同B．兩種粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度相同C．兩種粒子離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能相同D．兩種粒子離開電場(chǎng)時(shí)的速度方向不同【解析】A．兩種粒子的質(zhì)量不同，進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能相同，所以速度不同，故A錯(cuò)誤；B．