教科版高中物理总复习巩固练习 带电体在电场中的运动基础.docx
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教科版高中物理总复习巩固练习带电体在电场中的运动基础
【巩固练习】
一、选择题
1、(2015深圳三调)如图,在光滑绝缘的水平桌面上方固定着电荷量大小相等的两个点电荷,一个带电小球(可视为点电荷)恰好围绕O点在桌面上做匀速圆周运动。
已知O、q1、q2在同一竖直线上,下列判断正确的是( )
A.q1、q2为异种电荷
B.圆轨道上的电场强度处处相同
C.圆轨道上的电势处处相等
D.点电荷q1对小球的静电力是斥力
2、如图所示,在光滑绝缘水平面上有两个带异种电荷的小球A和B,它
们均在水平向右的匀强电场中向右做匀加速运动,且始终保持相对静止.设小球A的电荷量为QA,小球B的电荷量为QB,则下列判断正确的是( )
A.小球A带正电,小球B带负电,且QA B.小球A带正电,小球B带负电,且QA>QB C.小球A带负电,小球B带正电,且QA>QB D.小球A带负电,小球B带正电,且QA 3、如图,带正电的点电荷固定于Q点,电子在库仑力作用下,做以Q为焦点的椭圆运动。 M、P、N为椭圆上的三点,P点是轨道上离Q最近的点。 电子在从M经P到达N点的过程中() A.速率先增大后减小B.速率先减小后增大 C.电势能先减小后增大D.电势能先增大后减小 4、(2016浙江宁波二模)如图所示,MPQO为有界的竖直向下的匀强电场,电场强度为E,ACB为光滑固定的半圆形轨道,圆轨道半径为R,AB为圆水平直径的两个端点,AC为1/4圆弧。 一个质量为m电荷量为-q的带电小球,从A点正上方高为H处由静止释放,并从A点沿切线进入半圆轨道。 不计空气阻力及一切能量损失,关于带电小球的运动情况,质量释放正确的是() A.小球一定能从B点离开轨道 B.小球在AC部分可能做匀速圆周运动 C.若小球能从B点离开,上升的高度一定小于H D.小球到达C点的速度可能为零 5、(2016衡水模拟)如图所示,地面上某个空间区域存在这样的电场,水平虚线上方为场强E1,方向竖直向下的匀强电场;虚线下方为场强E2,方向竖直向上的匀强电场。 一个质量为m,带电量为+q的小球从上方电场的A点由静止释放,结果刚好到达下方电场中与A关于虚线对称的B点,则下列结论正确的是() A.若AB高度差为h,则 B.带电小球在AB两点电势能相等 C.在虚线上下方的电场中,带电小球运动的加速度相同 D.两电场强度大小关系满足E2=2E1 6、一半径为R的光滑圆环竖直放在水平向右的场强为E的匀强电场中,如图所示,环上a、c是竖直直径的两端,b、d是水平直径的两端,质量为m的带电小球套在圆环上,并可沿环无摩擦滑动,已知小球自a点由静止释放,沿abc运动到d点时速度恰好为零,由此可知() ①.小球所受重力与电场力大小相等一半径为R的光滑圆环竖直 ②.小球在b点时的机械能最小 ③.小球在d点时的电势能最大 ④.小球在c点时的动能最大 A.①②B.②③C.②④D.①③ 7、如图所示,平行的实线代表电场线,方向未知,电荷量为1×10-2C的正电荷在电场中只受电场力作用,该电荷由A点移到B点,动能损失了0.1J,若A点电势为 V,则() A.B点电势为零 B.电场线方向向左 C.电荷运动的轨迹可能是图中曲线a D.电荷运动的轨迹可能是图中曲线b 8、如图所示,在点电荷Q形成的电场中,a、b两点在同一等势面上,c、d两点在另外同一等势面上,甲、乙两带电粒子的运动轨迹分别为acb和adb曲线。 若两粒子通过a点时具有相同的动能,则() A.甲、乙两粒子带异号电荷 B.甲粒子经过c点时与乙粒子经过d点时的动能相同 C.两粒子经过b点时的动能相同 D.若取无穷远处为零电势,则甲粒子在c点的电势能小于乙粒子在d点时的电势能 9、如图所示,在光滑的水平面上有一个绝缘弹簧振子,小球带负电,在振动过程中,当弹 簧压缩到最短时,突然加上一个水平向左的匀强电场, A.振子振幅增大 B.振子振幅减小 C.振子的平衡位置不变 D.振子的周期增大 10、如图所示,a、b和c分别表示点电荷的电场中的三个等势面,它们的电势分别为6V、4V和1.5V。 一质子( )从等势面a上某处由静止释放,仅受电场力作用而运动,已知它经过等势面b时的速率为v,则对质子的运动有下列判断,正确的是() A.质子从a等势面运动到c等势面电势能增加4.5eV B.质子从a等势面运动到c等势面动能增加4.5eV C.质子经过等势面c时的速率为2.25v D.质子经过等势面c时的速率为1.5v 二、填空题 1、如图所示,实线为匀强电场中的电场线,虚线为等势面,且相邻等势面间的电势差相等。 一正电荷在等势面A处的动能为20J,运动到等势面C处的动能为零。 现取B等势面为零电势能面,则当此电荷的电势能为2J时的动能是__________J。 (不计重力和空气阻力) 2、一个竖直放置的半径为R的光滑绝缘大圆环,置于水平方向的匀强电场中,电场强度为E,有一质量为m、电量为q的带正电的空心小环穿在大环上,如图所示,当小环由静止开始从大环顶端A下滑1/4圆弧长到位置B时,小环速度大小为__________。 三、计算题 1、如图所示,光滑竖直绝缘杆与一圆周交于B、C两点,圆心固定有电量为+Q的点电荷,一质量为m,电量为+q的环从杆上A点由静止释放。 已知AB=BC=h,q≪Q,环沿绝缘杆滑到B点时的速度 。 求A、C两点间的电势差及到达C点时的速度。 2、如图所示,一个竖直放置的半径为R的光滑绝缘环,置于水平方向的匀强电场中,电场强度为E。 有一质量为m、电量为q的带正电的空心小球套在环上,并且qE=mg. (1)当小球由静止开始从环的顶端A下滑1/4圆弧长到位置B时,小球速度为多大? 环对小球的压力为多大? (2)小球从环的顶端A滑到底端C的过程中,小球的最大速度为多少? 3、如图所示,长L=1.2m、质量M=3kg的木板静止放在倾角为37°的光滑斜面上,质量m=1kg、带电荷量q=+2.5×10-4C的物块放在木板的上端,木板和物块间的动摩擦因数μ=0.1,所在空间加有一个方向垂直斜面向下、场强E=4.0×104N/C的匀强电场。 现对木板施加一平行于斜面向上的拉力F=10.8N。 取g=10m/s2,斜面足够长。 求: (1)物块经多长时间离开木板; (2)物块离开木板时木板获得的动能; (3)物块在木板上运动的过程中,由于摩擦而产生的内能。 【答案与解析】 一、选择题 1、【答案】C 【解析】带电小球(可视为点电荷)恰好围绕O点在桌面上做匀速圆周运动,说明小球受到的两个电场力在水平面上分力的合力提供向心力,所以电场力的合力方向斜向上,但是不能确定两个点电荷是否是异种电荷,故A错误;由题意,根据电场线的分布情况可知: 圆轨道上电场线疏密处处相同,电场强度的大小处处相等,但方向不同,所以电场强度不相同,故B错误;根据两个点电荷q1、q2电场中等势面分布的对称性可知,圆轨道上的电势处处相等,故C正确;带电小球做匀速圆周运动,合外力提供向心力,由于两个电荷的电荷量相等,q1离带电小球比q2近,库仑力较大,水平方向的分力较大,则q1对小球的库仑力必定是吸引力,故D错误。 2、B 解析: 如果小球A带正电,小球B带负电,两球相距L,由牛顿第二定律得: 对小球B: . 对小球A: 而aA=aB,所以必有QA>QB,选项A错误,选项B正确; 如果小球A带负电,小球B带正电,则A所受合外力水平向左,加速度向左,不符合题意,故选项C、D均错误。 3、AC 解析: 本题中,我们把Q点的正电荷类比于地球,把电子类比于地球上空只受万有引力的物体,把电势能类比于重力势能后,“近地点”速度最大,自然可选择出A、C。 4、【答案】BC 【解析】由于题中没有给出H与R、E的关系,所以小球不一定能从B点离开轨道,A错;若重力大小等于电场力,小球在AC部分做匀速圆周运动,B正确;由于小球在AC部分运动时电场力做负功,所以若小球能从B点离开,上升高度一定小于H,C正确;若小球到达C点的速度为零,则电场力大于重力,则小球不可能沿半圆轨道运动,所以小球到达C点的速度不可能为零,D错。 故选BC。 5、【答案】A 【解析】对A到B的过程运用动能定理得,qUAB+mgh=0,解得: ,可知A、B的电势不等,则电势能不等,A正确,B错;A到虚线速度由零加速到v,虚线到B速度v减为零,位移相同,根据匀变速运动的推论知,时间相同,则加速度大小相等,方向相反,C错;在上方电场,根据牛顿第二定律得: ,在下方电场中,根据牛顿第二定律得: ,因为a1=a2,解得: ,D错。 故选A。 6、D 解析: 小球自a点由静止释放,沿abc运动到d点时速度恰好为零,根据动能定理,动能的增量为零,重力与电场力做的功大小相等,①对。 可以判断出小球带负电,a点到b点重力做正功,电场力做正功,动能增大,b点机械能不是最小,而是最大,②错。 a点到c点,重力做正功,重力势能减少,电场力不做功,c点时的动能不是最大,④错。 c点不是等效“最低点”当然动能不是最大。 由以上分析,只有a点到d点时,电场力做负功电势能增大,所以d点电势能最大,③对。 故选D. 7、ABD 解析: 正电荷从A点移到B点,动能减少,电场力做负功,电势能增加,电势升高,B点 电势比A点电势高, ,则B点电势为0,电场线方向向左,A 对,B对。 正电荷受力方向向左,即合力向左,故轨迹向上凹,曲线b,D对,故正确选项为ABD。 8、ACD; 解析: 从运动轨迹得粒子受力方向肯定指向轨迹曲线凹的一侧,可以判断出: 甲受力为吸引力,乙受力为排斥力,因此甲乙两粒子带异种电荷,A正确。 甲粒子在从a到c的过程中,电场力做正功,动能增大,乙粒子在从a到d的过程中,电场力做负功,动能减小,所以B错误。 两粒子都从a(同一个等势面)出发,在a点动能相同,都到b,b是同一个等势面,电场力不做功,所以在b动能相同,C正确。 甲粒子从c到b电场力做负功,电势能增大,乙粒子从d到b电场力做正功,电势能减少,无穷远处为零电势,则甲粒子在c点的电势能小于乙粒子在d点时的电势能,D正确。 9、A 解析: 弹簧振子在加电场前,平衡位置在弹簧原长处,设振幅为A。 当弹簧压缩到最短时, 突然加上一个沿水平向左的恒定的匀强电场,此位置仍为振动振幅处,而且振子的运动是简 谐振动,只是振动的平衡位置改在弹簧原长的右边,且弹簧伸长量x满足kx=qE,即振子振 动的振幅A1=A+x,所以振子的振幅增大,正确答案为A。 10、BD 质子由高电势向低电势运动,动能增加,电势能减少; 由动能定理, ,B对。 解得 ,D对。 故BD正确。 二、填空题 1、8J. 解析: 正电荷从等势面A运动到等势面C上,电场力做负功,动能减小,电势能增加,每两个等势面的差值为10J,UB=0,B的电势能为0,总能量为10J,当电势能为2J时,其动能大小为8J。 2、 解析: 小环从A→B时电场力和重力都对它做了功,根据动能定理, . 三、计算题 1、【答案】 【解析】环从A→B由动能定理得: ① ② 由①②解得: ③ 又因B、C处在同一等势面上,所以 ④ 环从A→C由动能定理得: ⑤ 由式④⑤解得: . 2、 (1) , ; (2) 解析: (1)根据动能定理 已知 解得 环对小球的压力与电场力的合力提供向心力 解得 (2)设小球在与竖直方向夹角为 时,速度最大,合力为零 切线方向合力为零: , 所以 ,即 根据动能定理 解得 3、【答案】 (1) (2)27J (3)2.16J 【解析】 (1)物块向下做加速运动,设其加速度为a1,木板的加速度为a2,则由牛顿第二定律 对物块: mgsin37°-μ(mgcos37°+qE)=ma1 代入数据,求得: a1=4.2m/s2, 对木板: Mgsin37°+μ(mgcos37°+qE)-F=Ma2 代入数据,求得: a2=3m/s2 又: 得物块滑过木板所用时间 . (2)物块离开木板时木板的速度 其动能为 . (3)由于摩擦而产生的内能为: Q=F摩s相=μ(mgcos37°+qE)·L=2.16J.
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