新教材同步系列2024春高中物理章末綜合測評2靜電場的應(yīng)用粵教版必修第三冊

章末綜合測評(二)靜電場的應(yīng)用一、單項選擇題：本題共7小題，在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1．如圖所示，靜電噴涂時，被噴工件接電源的正極，噴槍口接負極，它們之間形成高壓電場，涂料微粒從噴槍口噴出后，只在靜電力作用下向工件運動，最終吸附在工件表面，圖中虛線為涂料微粒的運動軌跡。下列說法正確的是()A．涂料微粒肯定帶正電B．圖中虛線可視為高壓電場的部分電場線C．微粒做加速度先減小后增大的曲線運動D．噴射出的微粒動能不斷轉(zhuǎn)化為電勢能2．如圖所示，從F處釋放一個無初速度的電子(重力不計)，電子向B板方向運動，下列說法錯誤的是(設(shè)電源電動勢為U)()A．電子到達B板時的動能為UeB．電子從B板到達C板，動能變更量為零C．電子到達D板時的動能為3UeD．電子在A板和D板之間做往復(fù)運動3．心臟除顫器是通過一個充電的電容器對心顫患者皮膚上的兩個電極板放電，讓一部分電荷通過心臟，使心臟完全停止跳動，再刺激心顫患者的心臟復(fù)原正常跳動。如圖所示是一次心臟除顫器的模擬治療，該心臟除顫器的電容器電容為15μF，充電至9.0kV電壓，假如電容器在2.0ms時間內(nèi)完成放電，放電結(jié)束時電容器兩極板間的電勢差減為0。下列說法正確的是()A．若充電至4.5kV，則該電容器的電容為7.5μFB．充電至9.0kV時，該電容器所帶電荷量是0.27CC．這次放電有0.135C的電荷量通過人體組織D．這次放電過程中通過人體組織的電流恒為67.5A4．如圖所示，帶電荷量之比為qA∶qB＝1∶3的帶電粒子A、B，先后以相同的速度從同一點水平射入平行板電容器中，不計重力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比為xA∶xB＝2∶1，則帶電粒子的質(zhì)量之比mA∶mB以及在電場中飛行的時間之比tA∶tB分別為()A．1∶1，2∶3 B．2∶1，3∶2C．1∶1，3∶4 D．4∶3，2∶15．如圖所示是某示波管的示意圖，電子先由電子槍加速后進入偏轉(zhuǎn)電場，假如在偏轉(zhuǎn)電極上加一個電壓，則電子束將會偏轉(zhuǎn)，并飛出偏轉(zhuǎn)電場。下面措施中能使電子偏轉(zhuǎn)距離變大的是()A．盡可能把偏轉(zhuǎn)極板L做得長一點B．盡可能把偏轉(zhuǎn)極板L做得短一點C．盡可能把偏轉(zhuǎn)極板間的距離d做得大一點D．將電子槍的加速電壓提高6．如圖所示是利用電容器電容(C)測量角度(θ)的電容式傳感器的示意圖，當動片和定片之間的角度發(fā)生變更時，電容便發(fā)生變更，于是通過電容的變更狀況就可以知道角度的變更狀況。如下圖所示的圖像中，最能正確反映角度與電容之間關(guān)系的是()ABCD7．許多手機的指紋解鎖功能利用了電容式指紋識別技術(shù)。如圖所示，指紋識別傳感器上有大量面積相同的小極板，當手指貼在傳感器上時，指紋的凸起部分(叫“嵴”)及凹下部分(叫“峪”)與這些小極板形成大量大小不同的電容器。傳感器給全部的電容器充電達到某一電壓值后，電容器放電，依據(jù)放電快慢的不同來探測嵴和峪的位置，從而形成指紋圖像數(shù)據(jù)，則()A．沾水潮濕的手指不會影響正常解鎖B．極板與指紋“嵴”部分形成的電容器電容較大C．極板與指紋“峪”部分形成的電容器放電較慢D．用打印好的指紋照片覆蓋在傳感器上面也能夠?qū)崿F(xiàn)指紋解鎖二、多項選擇題：本題共3小題，在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。8．如圖所示，沿水平方向放置的平行金屬板a和b，分別與電源的正、負極相連，a、b板的中心沿豎直方向各有一個小孔。當開關(guān)S閉合時，帶正電的液滴從小孔的正上方P點自由落下，先后穿過兩個小孔，以速度v1從a板穿出。現(xiàn)使a板不動，保持開關(guān)S閉合或閉合一段時間再斷開，將b板向上或向下平移一小段距離，相同的液滴仍從P點自由落下，先后穿過兩個小孔，以速度v2從a板穿出。下列說法中正確的是()A．若保持開關(guān)S閉合，向上移動b板，則v2<v1B．若保持開關(guān)S閉合，向下移動b板，則v2>v1C．若開關(guān)S閉合一段時間再斷開，向上移動b板，則v2<v1D．若開關(guān)S閉合一段時間再斷開，向下移動b板，則v2>v19．平行板A、B組成電容器，充電后與靜電計相連，要使靜電計指針張角變大，下列措施可行的是()A．A板向上移動B．B板向右移動C．A、B板間插入電介質(zhì)D．削減極板上的電荷量10．a(chǎn)、b、c三個α粒子由同一點沿垂直場強方向進入偏轉(zhuǎn)電場，其軌跡如圖所示，其中b恰好飛出電場，由此可以確定()A．在b飛離電場的同時，a剛好打在負極板上B．b和c同時飛離電場C．進入電場時，c的速度最大，a的速度最小D．動能的增量相比，c的最小，a和b的一樣大三、非選擇題：共5個小題。11．利用電流傳感器探討電容器的放電過程的電路如圖所示，其中電源電動勢E＝8V。先使開關(guān)S與1相連，電容器充電結(jié)束后把開關(guān)S擲向2，電容器通過電阻箱R放電。傳感器將電流信息傳入計算機，屏幕上顯示出電流I隨時間t變更的曲線如圖所示。(1)試驗中電阻箱的示數(shù)如圖所示，其阻值R＝______Ω。t＝2s時，電容器的a極板帶________(選填“正”或“負”)電。(2)圖中畫出了對應(yīng)較短時間Δt的狹長矩形，該矩形面積的物理意義是______________，估算該電容器的電容C＝________F。(3)一同學(xué)在深化探討的過程中發(fā)覺：當變更一個或幾個物理量時，I-t圖像會發(fā)生有規(guī)律的變更，圖中的虛線示意了4種可能的變更情形。假如只增大電阻R，I-t圖像的變更應(yīng)當是選項________(填寫相應(yīng)選項的字母)；假如只增大電容C，I-t圖像的變更應(yīng)當是選項________(填寫相應(yīng)選項的字母)。ABCD12．在探究平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)的試驗中，某同學(xué)揣測電容可能與極板間的距離d、極板的正對面積S及插入極板間的電介質(zhì)有關(guān)。他將一個已經(jīng)充電的平行板電容器與靜電計連接，如圖所示。試驗時保持電容器極板所帶的電荷量不變，且電容器B板位置不動。(1)將A板向右平移，靜電計指針張角________；將A板豎直向下平移，則靜電計指針張角____________；在A、B板間插入電介質(zhì)，則靜電計指針張角________。(均選填“變大”“變小”或“不變”)(2)若將電容器水平放置，有一帶電液滴靜止在電容器內(nèi)部，現(xiàn)將電容器A板向下平移一小段距離，則液滴________(選填“靜止不動”“向下運動”或“向上運動”)。13．虛線PQ、MN間存在如圖所示的水平勻強電場，一帶電粒子質(zhì)量為m＝2.0×10-11kg、電荷量為q＝＋1.0×10-5C，從a點由靜止起先經(jīng)電壓為U＝100V的電場加速后，從電場下邊界PQ上的b點垂直進入勻強電場中，從虛線MN的某點c(圖中未畫出)離開勻強電場時速度與電場方向成30°角。已知PQ、MN間距為20cm，帶電粒子的重力忽視不計。求：(1)帶電粒子剛進入勻強電場時的速率v1；(2)水平勻強電場的場強大??；(3)a、c兩點間的電勢差。14．如圖所示，虛線MN左側(cè)有一電場強度為E1＝E的勻強電場，在兩條平行的虛線MN和PQ之間存在著寬為L、電場強度為E2＝2E的勻強電場，在虛線PQ右側(cè)距PQ為L處有一與電場E2平行的屏?，F(xiàn)將一電子(電荷量為e、質(zhì)量為m，重力不計)無初速度地放入電場E1中的A點，最終電子打在右側(cè)的足夠大的屏上，A點到MN的距離為L2，AO連線與屏垂直，垂足為O(1)電子運動到MN的速度大??；(2)電子從釋放到打到屏上所用的時間；(3)電子剛射出電場E2時的速度方向與AO連線的夾角θ的正切值tanθ；(4)電子打到屏上的點P′到點O的距離x。15．為探討靜電除塵，有人設(shè)計了一個盒狀容器，容器側(cè)面是絕緣的透亮有機玻璃，它的上下底面是面積A＝0.04m2的金屬板，間距L＝0.05m，當連接到U＝2500V的高壓電源正負兩極時，能在兩金屬板間產(chǎn)生一個勻強電場，如圖所示?，F(xiàn)把肯定量勻稱分布的煙塵顆粒密閉在容器內(nèi)，每立方米有煙塵顆粒1013個，假設(shè)這些顆粒都處于靜止狀態(tài)，每個顆粒帶電荷量為q＝＋1.0×10-17C，質(zhì)量為m＝2.0×10-15kg，不考慮煙塵顆粒之間的相互作用和空氣阻力，并忽視煙塵顆粒所受重力。求合上開關(guān)后：(1)經(jīng)過多長時間煙塵顆粒可以全部被吸附？(2)經(jīng)過多長時間容器中煙塵顆粒的總動能達到最大？章末綜合測評(二)12345678910CCCDABBCDABACD1．C[因工件接電源的正極，可知涂料微粒肯定帶負電，選項A錯誤；因虛線為涂料微粒的運動軌跡，不能視為高壓電場的部分電場線，選項B錯誤；從噴槍口到工件的電場強度先減弱后增加，可知微粒的加速度先減小后增大，因電場線是曲線，故微粒做曲線運動，選項C正確；因靜電力對微粒做正功，故微粒的電勢能漸漸減小，選項D錯誤。]2．C[電子在A、B之間做勻加速運動，且eU＝ΔEk，A正確；電子在B、C之間做勻速運動，B正確；電子在C、D之間做勻減速運動，到達D板時，速度減為零，之后在A板和D板之間做往復(fù)運動，C錯誤，D正確。]3．C[電容器在充電過程中，電容器的電容C不變，仍舊為15μF，故A錯誤；依據(jù)C＝QU可知，充電至9.0kV時，該電容器所帶電荷量是Q＝CU＝15×10-6×9000C＝0.135C，故B錯誤；由題意可知，放電結(jié)束后電容器兩極板間的電勢差減為0，則這次放電有0.135C的電荷量通過人體組織，故C正確；依據(jù)I＝Qt＝4．D[粒子在水平方向上做勻速直線運動，則x＝v0t，由于初速度相同，xA∶xB＝2∶1，所以tA∶tB＝2∶1，在豎直方向上粒子做勻加速直線運動y＝12at2，且yA＝y(tǒng)B，故aA∶aB＝tB2:tA2＝1∶4，而ma＝qE5．A[設(shè)加速電壓為U1，則qU1＝12設(shè)偏轉(zhuǎn)電壓為U2，則y＝12at2＝q聯(lián)立①②得：y＝U26．B[兩極板正對面積S＝12(π－θ)R2，則S∝(π－θ)，又因為C∝S，所以C∝(π－θ)，令C＝k(π－θ)，所以θ＝π－Ck(7．B[潮濕的手指頭影響了皮膚表面與小極板之間的介電常數(shù)ε，所以潮濕的手指頭對指紋的識別有肯定的影響，會影響正常解鎖，故A錯誤；在嵴處皮膚表面和小極板之間的距離較小，在峪處皮膚表面與小極板之間的距離較大，依據(jù)公式C＝εrS4πkd可知在峪處形成的電容器電容較小，在嵴處形成的電容器電容較大，故B正確；由于外接電源為全部電容器充到一個預(yù)先設(shè)計好的電壓值，所以全部的電容器電壓肯定，依據(jù)Q＝UC＝ε8．CD[若保持開關(guān)S閉合，向上或向下移動b板時，液滴從P運動到a板的小孔時，重力對液滴做功不變。依據(jù)W＝qU知，靜電力對液滴做功不變，故外力對液滴做的總功不變，由動能定理可知，帶電液滴到達a板小孔的速度不變，則v2＝v1，故A、B錯誤；若開關(guān)S閉合一段時間再打開后，向上移動b板，極板帶電荷量不變，依據(jù)推論E＝Ud＝QCd＝4πkQεrS可知，極板間電場強度不變，由W＝qEd知，d增大，則液滴從P運動到a板的小孔時，靜電力對液滴做功變大，重力對液滴做功不變，因為靜電力對液滴做負功，則外力對液滴做的總功減小，由動能定理知，帶電液滴到達a板小孔時的速度減小，即有v2＜v1，故C正確；同理，向下移動b9．AB[A板向上移動，正對面積S減小，或B板向右移動，距離d增大，依據(jù)C＝εrS4πkd，電容C均減小，由U＝QC知電勢差U變大，靜電計指針偏轉(zhuǎn)角度增大，A、B正確；A、B板間插入電介質(zhì)，相對介電常數(shù)εr增大，依據(jù)C＝εrS4πkd知電容C增大，由U＝Q10．ACD[三個α粒子進入電場后加速度相同，由題圖看出，豎直方向a、b偏轉(zhuǎn)距離相等，大于c的偏轉(zhuǎn)距離，由y＝12at2可知，a、b運動時間相等，大于c的運動時間，即ta＝tb＞tc，故在b飛離電場的同時，a剛好打在負極板上，而c先飛出電場，故A正確，B錯誤；三個α粒子在水平方向上做勻速直線運動，則有s＝v0t，由題圖看出b、c水平位移相等，大于a的水平位移，即sb＝sc>sa，而ta＝tb＞tc，可見，初速度關(guān)系為vc>vb>va，故C正確；由動能定理得ΔEk＝qEy，由題圖看出，a和b的偏轉(zhuǎn)距離相等，大于c的偏轉(zhuǎn)距離，故a、11．解析：(1)試驗中電阻箱的阻值R＝3360Ω。t＝2s時，電容器還在放電，a極板帶正電。(2)題圖中畫出了對應(yīng)較短時間Δt的狹長矩形，依據(jù)q＝It可知，該矩形面積的物理意義為電容器在Δt時間內(nèi)的放電量，依據(jù)題圖可知放電量約為Q＝48×0.08×10-3C＝3.84×10-3C該電容器的電容C＝QU＝3.84(3)假如只增大電阻R，則電容器放電的最大電流會減小，由于放電量不變，即I-t圖像的“面積”不變，則變更應(yīng)當是選項A；假如只增大電容C，則電容器帶電量增加，I-t圖像的“面積”變大，最大電流不變，I-t圖像的變更應(yīng)當是選項D。答案：(1)3360正(2)電容器在Δt時間內(nèi)的放電量4.8×10-4(4.5×10-4～4.9×10-4即可)(3)AD12．解析：(1)將A板向右平移，兩板間距d減小，由C＝εrS4πkd可知電容變大，由U＝QC可知，兩極板間電勢差變小，靜電計指針張角變小。將A板豎直向下平移，兩極板正對面積S減小，由C＝εrS4πkd可知電容減小，由U＝QC可知，兩極板間電勢差變大，靜電計指針張角變大。在(2)電容器帶電荷量不變，變更兩板間距，依據(jù)C＝QU、C＝εrS4πkd和U＝Ed答案：(1)變小變大變小(2)靜止不動13．解析：(1)由動能定理得qU＝1代入數(shù)據(jù)得v1＝1.0×104m/s。(2)粒子沿初速度方向做勻速運動：d＝v1t粒子沿電場方向做初速度為零的勻加速運動：vy＝at由題意得tan30°＝v由牛頓其次定律得qE＝ma聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)得E＝3×103N/C≈1.7×103N/C。(3)由動能定理得qUac＝12聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)得Uac＝400V。答案：(1)1.0×104m/s(2)1.7×103N/C(3)400