高考物理静电场一轮复习题有答案和解释.docx

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高考物理静电场一轮复习题有答案和解释

2015高考物理静电场一轮复习题（有答案和解释）

2．（2014•云南名校联考）如图6－3－12所示直流电源的路端电压U＝182V。

金属板AB、CD、EF、GH相互平行、彼此靠近。

它们分别和变阻器上的触点a、b、c、d连接。

变阻器上ab、bc、cd段电阻之比为1∶2∶3。

孔O1正对B和E，孔O2正对D和G。

边缘F、H正对。

一个电子以初速度v0＝4×106m/s沿AB方向从A点进入电场，恰好穿过孔O1和O2后，从H点离开电场。

金属板间的距离L1＝2cm，L2＝4cm，L3＝6cm。

电子质量me＝9.1×10－31kg，电量q＝1.6×10－19C。

正对两平行板间可视为匀强电场，求：

图6－3－12

（1）各相对两板间的电场强度。

（2）电子离开H点时的动能。

（3）四块金属板的总长度（AB＋CD＋EF＋GH）。

解析：

（1）三对正对极板间电压之比U1∶U2∶U3＝Rab∶Rbc∶Rcd＝1∶2∶3。

板间距离之比L1∶L2∶L3＝1∶2∶3

故三个电场场强相等E＝UL1＋L2＋L3＝1516.67N/C

（2）根据动能定理

eU＝12mv2－12mv20

电子离开H点时动能

Ek＝12mv20＋eU＝3.64×10－17J

（3）由于板间场强相等，则电子在竖直方向受电场力不变，加速度恒定，可知电子做类平抛运动：

竖直方向：

L1＋L2＋L3＝12qEmt2

水平方向：

x＝v0t

消去t解得x＝0.12m

极板总长AB＋CD＋EF＋GH＝2x＝0.24m。

答案：

（1）1516.67N/C

（2）3.64×10－17J

（3）0.24m

以“喷墨打印机”为背景考查带电粒子在电场

中的运动问题

典例]（2013•广东高考）喷墨打印机的简化模型如图6－3－13所示，重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上。

则微滴在极板间电场中（）

图6－3－13

A．向负极板偏转B．电势能逐渐增大

C．运动轨迹是抛物线D．运动轨迹与带电量无关

解析]由于微滴带负电，其所受电场力指向正极板，故微滴在电场中向正极板偏转，A项错误。

微滴在电场中所受电场力做正功，电势能减小，B项错误。

由于极板间电场是匀强电场，电场力不变，故微滴在电场中做匀加速曲线运动，并且轨迹为抛物线，C项正确。

带电量影响电场力及加速度大小，运动轨迹与加速度大小有关，故D项错误。

答案]C

点悟]

高考中的静电问题

高考对静电问题的考查连年不断，如2013年广东高考卷中“喷墨打印机”、浙江高考卷中“电子能量分析器”，2012年广

东高考卷中的“静电选矿”，同年浙江卷中的静电感应笔套吸圆环，2011年广东卷中的“静电除尘”原理机等都取材于课本，紧密联系生活。

对静电的应用我们主要从异种电荷相互吸引的角度分析，对应的有静电复印、喷涂、植绒、除尘等。

对于平衡类问题要立足受力分析，特别是小颗粒带电体是否要考虑重力，要根据题干意思仔细判别，建立平衡模型。

3.处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，利用此原理可以进行静电除尘。

如图6－3－14所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，钢针与手摇起电机的负极相连，在铝板和钢针中间放置点燃的蚊香。

转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。

关于这个现象，下列说法中正确的是（）

图6－3－14

A．烟尘因为带正电而被吸附到钢针上

B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小

C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大

D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电量不变，离铝板越近则加速度越大

解析：

选C在铝板和钢针中间形成强电场，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，烟尘吸附电子带负电，而被吸附到铝板上，A错误；由于电场力做功，同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大，选项C正确B错误；由于离铝板越近，电场强度越小，同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电量不变，离铝板越近则加速度越小，选项D错误。

典例]（19分）（2012•四川高考）如图6－3－15所示，ABCD为固定在竖直平面内的轨道，AB段光滑水平①，BC段为光滑圆弧①，对应的圆心角θ＝37°，半径r＝2.5m，CD段平直倾斜且粗糙，各段轨道均平滑连接②，倾斜轨道所在区域有场强大小为E＝2×105N/C、方向垂直于斜轨向下的匀强电场。

质量m＝5×10－2kg、电荷量q＝＋1×10－6C的小物体（视为质点）被弹簧枪发射后，沿水平轨道向左滑行，在C点以速度v0＝3m/s冲上斜轨。

以小物体通过C点时为计时起点，0.1s以后，场强大小不变，方向反向③。

已知斜轨与小物体间的动摩擦因数μ＝0.25。

设小物体的电荷量保持不变，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。

图6－3－15

（1）求弹簧枪对小物体所做的功；

（2）在斜轨上小物体能到达的最高点为P，求CP的长度。

解题流程]

第一步：

审题干，抓关键信息

关键点获取信息

①不计摩擦力

②无碰撞，没有能量损失

③电场力的方向改变，物体与斜面的正压力改变，摩擦力大小改变，物体的加速度改变

第二步：

审设问，找问题的突破口

第三步：

三定位，将解题过程步骤化

第四步：

求规范，步骤严谨不失分

解]

（1）设弹簧枪对小物体做功为W，由动能定理得

W－mgr（1－cosθ）＝12mv20①（4分）

代入数据得W＝0.475J②（2分）

（2）取沿平直斜轨向上为正方向。

设小物体通过C点进入电场后的加速度为a1，由牛顿第二定律得

－mgsinθ－μ（mgcosθ＋qE）＝ma1③（3分）

小物体向上做匀减速运动，经t1＝0.1s后，速度达到v1，有v1＝v0＋a1t1④（1分）

由③④可得v1＝2.1m/s，设运动的位移为s1，有s1＝v0t1＋12a1t21⑤（1分）

电场力反向后，设小物体的加速度为a2，由牛顿第二定律得－mgsinθ－μ（mgcosθ－qE）＝ma2⑥（3分）

设小物体以此加速度运动到速度为0，运动的时间为t2，位移为s2，有0＝v1＋a2t2

⑦（1分）

s2＝v1t2＋12a2t22⑧（1分）

设CP的长度为s，有s＝s1＋s2⑨（1分）

联立相关方程，代入数据解得s＝0.57m⑩（2分）

——考生易犯错误]——————————————————————————

1在①中因三角函数弄错而失6分。

2在③⑥中不能正确的受力分析，而在计算摩擦力时出错，失6分。

3在⑦⑧中因不明确物体在两运动阶段的内在联系而不能正确列方程，失5分。

——————————————————————————————————————

名师叮嘱]

（1）带电体运动的过程若包含多个运动阶段，要分段处理。

（2）对带电体在不同运动阶段进行正确的受力分析，求加速度。

（3）找出各阶段的内在联系，如速度关系，位移关系，能量关系等。

随堂对点训练]

1.如图6－3－16所示，在某一真空中，只有水平向右的匀强电场和竖直向下的重力场，在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒，恰能沿图示虚线由A向B做直线运动。

那么（）

图6－3－16

A．微粒带正、负电荷都有可能

B．微粒做匀减速直线运动

C．微粒做匀速直线运动

D．微粒做匀加速直线运动

解析：

选B微粒做直线运动的条件是速度方向和合外力的方向在同一条直线上，只有微粒受到水平向左的电场力才能使得合力方向与速度方向相反且在同一条直线上，由此可知微粒所受的电场力的方向与场强方向相反，则微粒必带负电，且运动过程中微粒做匀减速直线运动，故B正确。

2．（2014•安徽合肥联考）如图6－3－17所示，正方体真空盒置于水平面上，它的ABCD面与EFGH面为金属板，其他面为绝缘材料。

ABCD面带正电，EFGH面带负电。

从小孔P沿水平方向以相同速率射入三个质量相同的带正电液滴A、B、C，最后分别落在1、2、3三点，则下列说法正确的是（）

图6－3－17

A．三个液滴在真空盒中都做平抛运动

B．三个液滴的运动时间不一定相同

C．三个液滴落到底板时的速率相同

D．液滴C所带电荷量最多

解析：

选D三个液滴在水平方向受到电场力作用，水平方向不是匀速直线运动，所以三个液滴在真空盒中不是做平抛运动，选项A错误。

由于三个液滴在竖直方向做自由落体运动，三个液滴的运动时间相同，选项B错误。

三个液滴落到底板时竖直分速度相等，而水平分速度不相等，所以三个液滴到底板时的速率不相同，选项C错误。

由于液滴C在水平方向位移最大，说明液滴C在水平方向加速度最大，所带电荷量最多，选项D正确。

3.某电容式话筒的原理示意图如图6－3－18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（）

图6－3－18

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

解析：

选D由公式C＝εrS4πkd可知，当PQ间距增大时，C减小，故A错误。

由C＝QU可知，在U不变时，C减小，Q减小，即电容器放电，R中的电流方向从M到N，则M点电势高于N点，故B、C错误，D正确。

4．图6－3－19（a）为示波管的原理图。

如果在电极YY′之间所加的电压按图（b）所示的规律变化，在电极XX′之间所加的电压按图（c）所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是（）

图6－3－19

图6－3－20

解析：

选B在0～2t1时间内，扫描电压扫描一次，信号电压完成一个周期，当UY为正的最大值时，电子打在荧光屏上有正的最大位移，当UY为负的最大值时，电子打在荧光屏上有负的最大位移，因此一个周期内荧光屏上的图像为B。

5．（2014•江南十校摸底）如图6－3－21所示，倾角为θ的斜面处于竖直向下的匀强电场中，在斜面上某点以初速度为v0水平抛出一个质量为m的带正电小球，小球受到的电场力与重力相等，地球表面重力加速度为g，设斜面足够长，求：

图6－3－21

（1）小球经多长时间落到斜面上；

（2）从水平抛出至落到斜面的过程中，小球的电势能是如何变化的，其变化量为多大。

解析：

（1）小球在运动过程中，qE＋mg＝ma，qE＝mg，

解得a＝2g。

y＝12at2，x＝v0t，

又y/x＝tanθ，

联立解得：

t＝v0gtanθ。

（2）y＝12at2＝12×2g×（v0gtanθ）2＝v20gtan2θ。

电场力做正功，电势能减小，则有

ΔE＝－W＝－qEy＝－mgy＝－mv20tan2θ。

答案：

（1）v0gtanθ

（2）减小－mv20tan2θ

课时跟踪检测]

一、单项选择题

1．（2014•兴化模拟）如图1所示，充电的平行板电容器两板间形成匀强电场，以A点为坐标原点，AB方向为位移x的正方向，能正确反映电势φ随位移x变化的图像是（）

图1

图2

解析：

选C充电的平行板电容器两板间形成匀强电场，电势φ随位移x均匀减小，选项C正确。

2.（2014•兰州诊断）如图3所示，一电子枪发射出的电子（初速度很小，可视为零）进入加速电场加速后，垂直射入偏转电场，射出后偏转位移为Y，要使偏转位移增大，下列哪些措施是可行的（不考虑电子射出时碰到偏转电极板的情况）（）

图3

A．增大偏转电压U

B．增大加速电压U0

C．增大偏转极板间距离

D．将发射电子改成发射负离子

解析：

选A设偏转电极板长为l，极板间距为d，由qU0＝12mv20，t＝lv0，y＝12at2＝qU2mdt2，得偏转位移y＝Ul24U0d，增大偏转电压U，减小加速电压U0，减小偏转极板间距离，都可使偏转位移增大，选项A正确，B、C错误；由于偏位移y＝Ul24U0d与粒子质量和带电量无关，故将发射电子改成发射负离子，偏转位移不变，