专题14静电场现代科技模型-2023年高考物理电场常用模型最新模拟题精练

2023年高考物理《静电场》常用物理模型最新模拟题精练 专题14. 静电场现代科技模型 1．（18分）（2023四川德阳一诊）为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，它的上下底面是面积为A的金属板，间距为L，当连接到电压为U的高压电源正负两极时，能在两金属板间产生匀强电场，如图所示．容器的下底面的金属板均匀分布许多小孔，合上开关后，烟尘颗粒可以源源不断地稳定地从小孔流入容器中，假设单位时间内进入的颗粒数为n个，每个颗粒带电荷量为、质量为m，不考虑颗粒之间的相互作用和空气阻力，并忽略颗粒所受重力．并认为颗粒刚进入电场时的初速度为零，当电流稳定后，求： （1）上极板受到冲击力的大小； （2）电场力对颗粒做功的功率； （3）在靠近上极板附近的薄层（厚度极小）内烟尘颗粒的总动能与容器中央（到上极板的距离为）相同厚度的薄层内烟尘颗粒的总动能之比． 2 在天空课堂上，太空教师王亚萍介绍说，在空间站，利用微波炉，可以吃到美味食品。如图所示为家用微波炉磁控管的示意图。一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动(图中虚线所示)，管内有平行于管轴线方向的磁场，磁感应强度为B。在运动中这群电子时而接近电极1，时而接近电极2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化。由于这一群电子散布的范围很小，可以看做集中于一点，共有N个电子，每个电子的电量为e、质量为m。设这群电子做匀速圆周运动的圆形轨道的直径为D，电子群离电极1端点P的最短距离为r。求： (1)这群电子做圆周运动的速率和频率； (2)在电极1的端点P处，电场强度变化的频率； (3)在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度的最小值和最大值。 3.（2022北京四中期中） 2015年4月16日，全球首创超级电容储能式现代电车在中国宁波基地下线，如图1所示．这种电车没有传统无轨电车的“长辫子”和空中供电网，没有尾气排放，乘客上下车的几十秒内可充满电并行驶几公里，刹车和下坡时可把部分动能转化成电能回收储存再使用． （1）图2所示为超级电容器充电过程简化电路图，已知充电电源的电动势为E，电路中的电阻为R．图3是某次充电时电流随时间变化的i-t图像，其中I0、T0均为已知量． a．类比是一种常用研究方法，对于直线运动，我们学习了用v-t图像求位移的方法．请你借鉴此方法，根据图3所示的i-t图像，定性说明如何求电容器充电所获得的电荷量；并求出该次充电结束时电容器所获得的电荷量Q； b．请你说明在电容器充电的过程中，通过电阻R的电流为什么会逐渐减小；并求出电容器的电容C． （2）研究发现，电容器储存的能量表达式为，其中U为电容器两端所加电压，C为电容器的电容．设在某一次紧急停车中，在汽车速度迅速减为0的过程中，超级电容器两极间电势差由U1迅速增大到U2．已知电车及乘客总质量为m，超级电容器的电容为C0，动能转化为电容器储存的电能的效率为η．求电车刹车前瞬间的速度v0． 4．（12分）（2021北京海淀期末）卫星在一定高度绕地心做圆周运动时，由于极其微弱的阻力等因素的影响，在若干年的运行时间中，卫星高度会发生变化（可达15km之多），利用离子推进器可以对卫星进行轨道高度、姿态的调整。图19甲是离子推进器的原理示意图：将稀有气体从O端注入，在A处电离为带正电的离子，带正电的离子飘入电极B、C之间的匀强加速电场（不计带正电的离子飘入加速电场时的速度），加速后形成正离子束，以很高的速度沿同一方向从C处喷出舱室，由此对卫星产生推力。D处为一个可以喷射电子的装置，将在电离过程中产生的电子持续注入由C处喷出的正离子束中，恰好可以全部中和带正电的离子。 （1）在对该离子推进器做地面静态测试时，若BC间的加速电压为U，正离子被加速后由C处喷出时形成的等效电流大小为I，产生的推力大小为F。已知每个正离子的质量为m，每个电子的电荷量为e。求： ①单位时间内从D处注入的电子数N1； ②正离子的电荷量q； （2）离子推进器所能提供的推力大小F与加速正离子所消耗的功率P之比，是衡量推进器性能的重要指标。已知BC间的加速电压为U，正离子的比荷为k。 ①请推导F与P的关系式，并在图19乙中绘制出F-P图像； ②在加速正离子所消耗的能量相同的情况下，要使离子推进器提供的推力的冲量更大，可采取什么措施？ ( 图 19 甲 O 乙 P O F ) 5．(12分）（2021四川遂宁一诊）科技在我国的“蓝天保卫战”中发挥了重要作用，某科研团队设计了一款用于收集工业生产中产生的固体颗粒的装置，其原理简图如图所示。固体颗粒通过带电室时带上正电荷，颗粒从A点无初速度地进人加速区，经B点进入径向电场区，沿圆弧BC运动，再经C点竖直向下进人偏转电场区，最终打在竖直收集挡板上的G点。建立如图所