专题22 电学计算（一）-学易金卷：3年（2021-2023）高考1年模拟物理真题分项汇编（北京专用）

专题22 电学计算（一） 1.（2023·北京卷）某种负离子空气净化原理如图所示。由空气和带负电的灰尘颗粒物（视为小球）组成的混合气流进入由一对平行金属板构成的收集器。在收集器中，空气和带电颗粒沿板方向的速度保持不变。在匀强电场作用下，带电颗粒打到金属板上被收集，已知金属板长度为L，间距为d、不考虑重力影响和颗粒间相互作用。 （1）若不计空气阻力，质量为m、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压； （2）若计空气阻力，颗粒所受阻力与其相对于空气的速度v方向相反，大小为，其中r为颗粒的半径，k为常量。假设颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度。 a、半径为R、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压； b、已知颗粒的电荷量与其半径的平方成正比，进入收集器的均匀混合气流包含了直径为和的两种颗粒，若的颗粒恰好100%被收集，求的颗粒被收集的百分比。    2.（2022·北京卷）如图所示，真空中平行金属板M、N之间距离为d，两板所加的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板由静止释放。不计带电粒子的重力。 （1）求带电粒子所受的静电力的大小F； （2）求带电粒子到达N板时的速度大小v； （3）若在带电粒子运动距离时撤去所加电压，求该粒子从M板运动到N板经历的时间t。 1.（2023·北京市潞河中学·校考三模）电量均为的两电荷固定在相距为的两点，为连线中点，连线中垂线上有一点，到的距离为，已知静电力常量。 （1）求点的场强。 （2）将一质量为，带电量为的粒子从点由静止释放，为中点，不考虑粒子的重力。 a．若远小于，可略去项的贡献，试证明粒子的运动为简谐运动； b．简谐运动可视为某一匀速圆周运动沿直径方向上的投影运动，请描述与该粒子所做简谐运动相对应的圆运动，并求该粒子做简谐运动的动能的最大值。 c．若令此粒子分别过点和点在此静电场中做匀速圆周运动，其周期分别为和，有学生认为依据过点做圆周运动的半径更大，则其运动的周期也更大，即，你认为正确吗？若正确，请说明理由。若不正确，请分析和的大小关系。    2.（2023·北京十一中学·校考三模）如图甲所示是研究光电效应的实验电路图，ab、cd为两正对的、半径为r的平行的、圆形金属板，板间距为d。当一细束频率为ν的光照极板ab圆心时，产生沿不同方向运动的光电子。调节滑片改变两板间电压，发现当电压表示数为时，电流表示数恰好为零。假设光电子只从极板圆心处发出，普朗克常量为h，电子电量为e，电子质量为m，忽略场的边界效应和电子之间的相互作用，电压表和电流表均为理想电表。 （1）求金属板的逸出功； （2）若交换电源正负极，调节滑片逐渐增大两极板间电压，求电流达到饱和时的最小电压； （3）已知单位时间内从ab板逸出的电子数为N，电子逸出时所携带动能在0至最大动能之间粒子数是均匀分布的。假设所有逸出的电子都垂直于ab板向cd板运动，如图乙所示。调整滑动变阻器的滑片，当ab与cd两板之间电势差为时，求此时安培表的读数I及对应的电阻值R。    3.（2023·北京第101中学·校考三模）电量均为+Q的两电荷固定在相距为2d的AB两点，O为AB连线中点，AB连线中垂线上有一点M，到O的距离为A，已知静电力常量k。 （1）求M点的场强。 （2）将一质量为m，带电量为-q的粒子从M点由静止释放，不考虑粒子的重力。 a.若A远小于d，可略去项的贡献，试证明粒子的运动为简谐运动； b.简谐运动可视为某一匀速圆周运动沿直径方向上的投影运动，请描述与该粒子所做简谐运动相对应的圆运动，并求该粒子做简谐运动的周期及动能的最大值。 4.（2023·北大附中·校考三模）如图所示为离子发动机的示意图：其原理是设法将惰性气体（比如氙气）电离，使中性的原子变成带正电的离子，这些带正电的气体离子经过加速电场加速，以很高的速度沿同一方向喷出舱室，由此产生推力。由于单位时间内喷出的气体离子质量很小，探测器得到的加速度会非常小，但经过足够长时间的加速，同样可以得到很大的速度。假如探测器连同离子发动机和氙气的总质量为M，每个氙离子的质量为m，电量为q，加速电压为U，离子加速后形成的电流强度为I，为研究问题方便，假定离子推进器在太空中飞行时不受其它外力，忽略推进器运动速度，求： (1)发动机单位时间内喷出多少个氙离子； (2)离子发动机工作的初始阶段，产生推力能使探测器产生的加速度大小； (3)为使离子推进器正常运行，必须在有离子喷射的出口处用中和电子枪向正离子喷射电子，试解释其原因。 5．（2023·北京房山·统考二模）电子经过电场加速后射入偏转电场。已知加速电场两极板间电压为U1，偏转电场两极板间电压为U2，极板长为L，相距为d，电子质量为m，电荷量为e，（重力不计）。求： （1）电子离开加速电场时速度大