专题03 带电粒子在电场中的运动（期中真题汇编，上海专用）高二物理上学期

专题03 带电粒子在电场中的运动 地 城 考点01 电容器的定义与常见的电容器 1．（2024秋•浦东新区校级期中）如图，莱顿瓶主要部分是一个玻璃瓶，瓶子内、外表面分别贴有金属箔，瓶内的金属箔通过金属链和金属棒连接，金属棒的上端是一个金属球。通过静电起电机连接莱顿瓶的内外两侧可以给莱顿瓶充电，则金属箔的厚度越厚，莱顿瓶储存电荷的本领 　不变化　（选填“越强”、“越弱”或者“不变化” 。充电电压一定时，玻璃瓶瓶壁越薄，莱顿瓶能容纳的电荷量 　　（选填“越多”、“越少”或者“不变化” 。 地 城 考点02 带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 2．（2024秋•浦东新区校级期中）、、，三个粒子同时由同一点垂直场强方向进入偏转电场，不计重力及粒子间的相互作用力，其轨迹如图所示，其中恰好飞出电场，由此可以肯定　　 A．在飞离电场的同时，刚好打在负极板上 B．和同时飞离电场 C．进入电场时，的速度最大，的速度最小 D．动能的增量相比，的最小，和的一样大 3．（2024秋•普陀区校级期中）喷墨打印机的结构可以简化为如图。 当计算机有信号输入时，墨盒喷出细小的墨滴，经过带电室后带上负电，其电荷量由输入信号控制。墨滴进入平行板电容器，最后打到纸上，显示出打印内容。 当计算机无信号输入时，墨滴不带电，径直通过板间后注入回流槽流回墨盒中。 （1）静电在喷墨打印机中发挥着重要作用。下列关于静电的说法正确的是 　　 。 静电实验比较安全是因为电压较低 避雷针的原理是尖端放电 摩擦起电创造了电荷 库仑通过扭秤实验测出了静电力常量 （2）设墨滴穿过电场前后，电势能的变化量为△，墨滴初末位置的电势差为△，若仅改变板间电压，则△随△的变化图线是 　　 。 已知两板间电压，距离，板长，墨滴的质量，电荷量，以水平初速度进入电容器，假设平板之间为匀强电场，全程仅考虑墨滴受到的电场力。 （3）两板间匀强电场场强大小为 　　，墨滴受到的电场力大小为 　　。 （4）计算墨滴穿过电场的过程中竖直方向的位移大小。 （5）若仅将偏转电极两端的电压增大，则打印稿上可能出现的图样是 　　 。 （6）某款家用打印机待机电流为，若每天待机，每年消耗的电能约为 　　（结果保留2位有效数字）。 地 城 考点03 带电粒子射出偏转电场后打在挡板上 4．（2024秋•虹口区校级期中）喷墨打印机的结构简图如图所示，其中墨盒可以发出墨汁微滴，经过带电室时被带上负电，带电的多少由计算机按字体的字形输入信号加以控制。带电后的微滴以初速度垂直于场强方向进入偏转电场，经电场偏转后打到纸上，显示出字迹。无信号输入时墨汁微滴不带电，径直通过偏转板而注入回流槽，流回墨盒。已知偏转板的板长为，两板间的距离为，两板间的电压为，偏转板右端与纸的距离为。（不计空气阻力和重力，电场只局限在两偏转板内部，忽略边缘电场的不均匀性） （1）墨汁微滴在偏转电场中运动时 　　。 由较高的等势面向较低的等势面运动 电势能逐渐增大 动能逐渐减小 电势能与动能之和保持不变 （2）为了使纸上的字体放大原来的，在不改变其它条件的情况下，下面可行的办法是 　　。 将两板间的电压增大 将两板间的电压增大 将偏转板的板长增大 将偏转板的板长增大 （3）若保持两偏转板与恒压直流电源相连接，并保持两偏转板的正对面积不变，将两偏转板的间距缓慢拉到，则在此过程中 　　。 偏转板所带的电荷量减少 偏转板间的场强增大 两偏转板构成的电容器的电容增大 拉动偏转板的力做负功 （4）（计算）若一个墨汁微滴通过带电室时带上的电荷量为（设，微滴打到纸上的点距原射入方向的距离为，求这个微滴的质量。 地 城 考点04 根据带电粒子的运动轨迹判断功与能的转化情况 5．（2024秋•松江区校级期中）如图所示，实线是一簇由负点电荷产生的电场线。一带正电的粒子仅在电场力作用下通过电场，图中虚线为粒子的运动轨迹，、是轨迹上的两点。下列判断正确的是　　 A．点场强小于点场强 B．带电粒子从到电势能增大 C．带电粒子从到动能增大 D．点电势大于点电势 地 城 考点05 含容电路的动态分析 6．（2024秋•虹口区校级期中）一位荷兰的物理学家在1746年发明的菜顿瓶是世界上第一个电容器，因最先在荷兰莱顿试用故得名“莱顿瓶”。 （1）如图的电路，研究电容器的放电过程。实验时，先将开关掷向1，充电完毕后，将开关掷向2，传感器将信号传入计算机屏幕上，显示出电流或电压随时间变化的图线。 ①电容的定义式是，下列物理量的表达式中，也是用其他物理量的比来定义且为标量的是 　　。 电场强度 加速度 电势 电阻 ②实验中所使用的电容器电容大小为，额定电压为，所使用的电源输出电压为，则在该实验中电容器存储的最大电荷量为 　　。 ③（多选）用表示电容器上极板所带的电荷量，表示电容器两端的电压，表示电路中的电流，电容器在放电过程中的图像正确的有 　　。 ④由图可知，传感器1为 　　（选填电流、电压）传感器，为使得电容器的放电时间延长便于观察，实验中所使用的可变电阻阻值应适当 　　（选填调大、调小）。 （2）如图，平行板电容器的两个极板与水平面成一定角度，两极板与一直流电源相连（图中电源省略）。若一带电粒子恰能沿图中所示水平虚线向左通过电容器，则在此过程中，该粒子电势能逐渐 　　，机械能逐渐 　　。（均选填“不变”、“增大”、“减小” 地 城 考点06 观察电容器及其充、放电现象 7．（2024秋•松江区校级期中） 电容器 电容器随着电子信息技术的日新月异，数码电子产品的更新换代速度越来越快。两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。如甲图所示是观察电容器的充、放电现象的实验装置。电源的电动势，是单刀双掷开关，与灵敏电流计，为平行板电容器。 （1）当开关接 　2　时（选填“1”或“2” 平行板电容器放电，流经灵敏电流计的电流方向与充电时 　　（选填“相同”或“相反” 。 （2）将灵敏电流计换成电流传感器，电流传感器可以把电容器放电电流随时间变化规律描绘出来，一个电容器先把它接到电动势为的电源上充满电。然后通过电流传感器放电，放电过程其电流随时间变化图像如图乙所示。已知图像与时间轴所围的面积约为40个方格，每个小格的面积为，可估算出该电容器的电容 　　，放电结束释放的电势能 　　。（结果均保留三位有效数字） （3）质量为电盘为的电子，只受电场力以水平速度从左侧垂直进入宽度为的局部匀强电场，如图丙所示，电场强度大小为、方向竖直向上。 ①电子在电场中所做的运动是 　　。 匀加速直线运动 匀加速曲线运动 变加速曲线运动 变加速直线运动 ②电子在电场中运动，离开电场时在竖直方向偏移的距离是 　　。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 带电粒子在电场中的运动 地 城 考点01 电容器的定义与常见的电容器 1．（2024秋•浦东新区校级期中）如图，莱顿瓶主要部分是一个玻璃瓶，瓶子内、外表面分别贴有金属箔，瓶内的金属箔通过金属链和金属棒连接，金属棒的上端是一个金属球。通过静电起电机连接莱顿瓶的内外两侧可以给莱顿瓶充电，则金属箔的厚度越厚，莱顿瓶储存电荷的本领 　不变化　（选填“越强”、“越弱”或者“不变化” 。充电电压一定时，玻璃瓶瓶壁越薄，莱顿瓶能容纳的电荷量 　　（选填“越多”、“越少”或者“不变化” 。 【答案】不变化，越多。 【解答】解：根据可知金属箔的厚度不影响电容的大小，所以莱顿瓶储存电荷的本领不变化； 玻璃瓶瓶壁越薄，则两个金属箔的距离越小，即电容器两个极板间的距离越小，根据可知电容器的电容越大，根据可知莱顿瓶能容纳的电荷量越多。 故答案为：不变化，越多。 地 城 考点02 带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 2．（2024秋•浦东新区校级期中）、、，三个粒子同时由同一点垂直场强方向进入偏转电场，不计重力及粒子间的相互作用力，其轨迹如图所示，其中恰好飞出电场，由此可以肯定　　 A．在飞离电场的同时，刚好打在负极板上 B．和同时飞离电场 C．进入电场时，的速度最大，的速度最小 D．动能的增量相比，的最小，和的一样大 【答案】 【解答】解：、三个粒子在电场中做类平抛运动，三个粒子的加速度相等，根据可知，因、竖直位移相同，则、运动时间相同，即在飞离电场的同时，刚好打在负极板上；因竖直位移小于、，可知的运动时间最短，则当恰好飞出电场时，早已飞出电场，故正确，错误； 、水平方向，有，因、水平位移相等，用时最短，可知 、运动时间相等，但的水平位移小，可知 则，所以进入电场时，的速度最大，的速度最小，故正确； 、根据动能定理可知，动能的增量为△，因的竖直位移最小，、竖直位移相等，可知的动能增量最小，和的动能增量一样大，故正确。 故选：。 3．（2024秋•普陀区校级期中）喷墨打印机的结构可以简化为如图。 当计算机有信号输入时，墨盒喷出细小的墨滴，经过带电室后带上负电，其电荷量由输入信号控制。墨滴进入平行板电容器，最后打到纸上，显示出打印内容。 当计算机无信号输入时，墨滴不带电，径直通过板间后注入回流槽流回墨盒中。 （1）静电在喷墨打印机中发挥着重要作用。下列关于静电的说法正确的是 　　 。 静电实验比较安全是因为电压较低 避雷针的原理是尖端放电 摩擦起电创造了电荷 库仑通过扭秤实验测出了静电力常量 （2）设墨滴穿过电场前后，电势能的变化量为△，墨滴初末位置的电势差为△，若仅改变板间电压，则△随△的变化图线是 　　 。 已知两板间电压，距离，板长，墨滴的质量，电荷量，以水平初速度进入电容器，假设平板之间为匀强电场，全程仅考虑墨滴受到的电场力。 （3）两板间匀强电场场强大小为 　　，墨滴受到的电场力大小为 　　。 （4）计算墨滴穿过电场的过程中竖直方向的位移大小。 （5）若仅将偏转电极两端的电压增大，则打印稿上可能出现的图样是 　　 。 （6）某款家用打印机待机电流为，若每天待机，每年消耗的电能约为 　　（结果保留2位有效数字）。 【答案】（1）；（2）；（3）；；（4）墨滴穿过电场的过程中竖直方向的位移大小为；（5）；（6）26。 【解答】解：（1）静电实验比较安全是因为通过人体的电流比较小，故错误； 避雷针的原理是尖端放电，故正确； 摩擦起电并没有创造了电荷，而是电荷的转移或得失，故错误； 麦克斯韦理论计算出静电力常量，库仑通过库仑扭秤测出了静电力常量验证理论性的正确性，故错误。 故选：。 （2）由电场力做功与电势能变化关系为 △ 由题意可知，墨滴经过带电室后带负电，即 联立可知 △△ 故选：。 （3）由匀强电场的场强公式，可计算两板间的电场强度 解得 由电场强度定义式的推导式，可计算电场力的大小 解得 （4）由墨滴在竖直方向上做匀加速运动，可知 水平方向上，墨滴做匀速运动，即 联立解得竖直侧移量 （5）由（4）的分析，可得到竖直侧移量与板间电压的关系为与成正比，故将板间电压增大时，竖直侧移量也增大 ；水平方向上，墨滴不受力，故不变，判断照片的变化情况应符合纵向扩大，横向不变；故选：。 （6）打印机待机功率为 每年消耗的电能约为 故答案为：（1）；（2）；（3）；；（4）墨滴穿过电场的过程中竖直方向的位移大小为；（5）；（6）26。 地 城 考点03 带电粒子射出偏转电场后打在挡板上 4．（2024秋•虹口区校级期中）喷墨打印机的结构简图如图所示，其中墨盒可以发出墨汁微滴，经过带电室时被带上负电，带电的多少由计算机按字体的字形输入信号加以控制。带电后的微滴以初速度垂直于场强方向进入偏转电场，经电场偏转后打到纸上，显示出字迹。无信号输入时墨汁微滴不带电，径直通过偏转板而注入回流槽，流回墨盒。已知偏转板的板长为，两板间的距离为，两板间的电压为，偏转板右端与纸的距离为。（不计空气阻力和重力，电场只局限在两偏转板内部，忽略边缘电场的不均匀性） （1）墨汁微滴在偏转电场中运动时 　　。 由较高的等势面向较低的等势面运动 电势能逐渐增大 动能逐渐减小 电势能与动能之和保持不变 （2）为了使纸上的字体放大原来的，在不改变其它条件的情况下，下面可行的办法是 　　。 将两板间的电压增大 将两板间的电压增大 将偏转板的板长增大 将偏转板的板长增大 （3）若保持两偏转板与恒压直流电源相连接，并保持两偏转板的正对面积不变，将两偏转板的间距缓慢拉到，则在此过程中 　　。 偏转板所带的电荷量减少 偏转板间的场强增大 两偏转板构成的电容器的电容增大 拉动偏转板的力做负功 （4）（计算）若一个墨汁微滴通过带电室时带上的电荷量为（设，微滴打到纸上的点距原射入方向的距离为，求这个微滴的质量。 【答案】（1）；（2）；（3）；（4）微滴的质量为。 【解答】解：（1）墨滴带负电，以初速度垂直于场强方向进入偏转电场，则所受电场力与场强方向相反，即墨滴向正极板偏转，可知由较低的等势面向较高的等势面运动，故错误； 墨滴做类平抛运动，只有电场力做正功，电势能减小，动能增大，而电势能与动能之和保持不变，故错误，正确。 故选：。 （2）液滴先做类平抛运动，满足，在偏转电场中的偏移量，根据几何关系，则到达纸面时偏移量为，满足，联立解得。 为了使纸上的字体放大原来的，即偏移量放大为1.2倍，则将两板间的电压增大，可以满足，故错误，正确； 将偏转板的板长增大或增大，都不能满足放大为1.2倍，故错误。 故选：。 （3）若保持两偏转板与恒压直流电源相连接，即电容器的电压不变，并保持两偏转板的正对面积不变，将两偏转板的间距缓慢拉到，由可知，电容变为原来的，即电容变小，故错误； 电容器的电压不变，由可知，偏转板所带的电荷量减少，故正确； 电容器的电压不变，由可知，偏转板间的场强减小，故错误； 电容器的两极板带等量异种电荷，拉动偏转板的力需要克服两板间的电场吸引力做功，外力做正功，故错误。 故选：。 （4）墨滴在偏转电场做类平抛运动，有，，，墨滴离开偏转电场后做匀速直线运动，由相似三角形可得，联立可得，解得质量为。 故答案为：（1）；（2）；（3）；（4）微滴的质量为。 地 城 考点04 根据带电粒子的运动轨迹判断功与能的转化情况 5．（2024秋•松江区校级期中）如图所示，实线是一簇由负点电荷产生的电场线。一带正电的粒子仅在电场力作用下通过电场，图中虚线为粒子的运动轨迹，、是轨迹上的两点。下列判断正确的是　　 A．点场强小于点场强 B．带电粒子从到电势能增大 C．带电粒子从到动能增大 D．点电势大于点电势 【答案】 【解答】解：、根据电场线的疏密程度表示电场的强弱，可知点场强大于点的场强，故错误； 、根据电势沿电场线方向降低，可知点电势小于点电势，故错误； 、由电势能公式：，可知该正电荷在点的电势能小于点的电势能，即从到电势能增大，故正确； 、由能量守恒，可知从到动能减小，故错误。 故选：。 地 城 考点05 含容电路的动态分析 6．（2024秋•虹口区校级期中）一位荷兰的物理学家在1746年发明的菜顿瓶是世界上第一个电容器，因最先在荷兰莱顿试用故得名“莱顿瓶”。 （1）如图的电路，研究电容器的放电过程。实验时，先将开关掷向1，充电完毕后，将开关掷向2，传感器将信号传入计算机屏幕上，显示出电流或电压随时间变化的图线。 ①电容的定义式是，下列物理量的表达式中，也是用其他物理量的比来定义且为标量的是 　　。 电场强度 加速度 电势 电阻 ②实验中所使用的电容器电容大小为，额定电压为，所使用的电源输出电压为，则在该实验中电容器存储的最大电荷量为 　　。 ③（多选）用表示电容器上极板所带的电荷量，表示电容器两端的电压，表示电路中的电流，电容器在放电过程中的图像正确的有 　　。 ④由图可知，传感器1为 　　（选填电流、电压）传感器，为使得电容器的放电时间延长便于观察，实验中所使用的可变电阻阻值应适当 　　（选填调大、调小）。 （2）如图，平行板电容器的两个极板与水平面成一定角度，两极板与一直流电源相连（图中电源省略）。若一带电粒子恰能沿图中所示水平虚线向左通过电容器，则在此过程中，该粒子电势能逐渐 　　，机械能逐渐 　　。（均选填“不变”、“增大”、“减小” 【答案】（1）①；②；③；④，；（2）减小，增大。 【解答】解：（1）①该式为电场强度的定义式，采用比值定义法，但电场强度为矢量，故错误； 该式为加速度的决定式，即牛顿第二定律表达式，不是比值定义法，故错误； 该式为电势的定义式，为比值定义法，且电势为标量，故正确； 该式为电阻定律，不是比值定义法，故错误。 故选：。 ②由于电源所使用的输出电压为，根据电容的定义式可得该实验中电容器存储的最大电荷量为； ③电容器在放电过程中其所带电荷量逐渐减小，两极板电压减小，电流减小，且均减小的越来越慢，故错误，正确。 故选：。 ④由图可知，传感器1串联在电路中，是电流传感器，传感器2与电阻并联，是电压传感器；若调大定值电阻阻值，使得回路中电流减小，从而延长放电时间。 （2）根据题意，带电粒子受到竖直向下的重力和垂直于极板指向左上方的电场力，如图 带电粒子向左运动时，电场力方向匀位移方向夹角为锐角，则电场力做正功，根据功能关系可知，电势能减小，机械能增大。 故答案为：（1）①；②；③；④，；（2）减小，增大。 地 城 考点06 观察电容器及其充、放电现象 7．（2024秋•松江区校级期中） 电容器 电容器随着电子信息技术的日新月异，数码电子产品的更新换代速度越来越快。两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。如甲图所示是观察电容器的充、放电现象的实验装置。电源的电动势，是单刀双掷开关，与灵敏电流计，为平行板电容器。 （1）当开关接 　2　时（选填“1”或“2” 平行板电容器放电，流经灵敏电流计的电流方向与充电时 　　（选填“相同”或“相反” 。 （2）将灵敏电流计换成电流传感器，电流传感器可以把电容器放电电流随时间变化规律描绘出来，一个电容器先把它接到电动势为的电源上充满电。然后通过电流传感器放电，放电过程其电流随时间变化图像如图乙所示。已知图像与时间轴所围的面积约为40个方格，每个小格的面积为，可估算出该电容器的电容 　　，放电结束释放的电势能 　　。（结果均保留三位有效数字） （3）质量为电盘为的电子，只受电场力以水平速度从左侧垂直进入宽度为的局部匀强电场，如图丙所示，电场强度大小为、方向竖直向上。 ①电子在电场中所做的运动是 　　。 匀加速直线运动 匀加速曲线运动 变加速曲线运动 变加速直线运动 ②电子在电场中运动，离开电场时在竖直方向偏移的距离是 　　。 【答案】（1）2，相反；（2），；（3）①；②。 【解答】解：（1）当开关接2时，电容器和电阻组成一个回路，电容器放电。因为电容器上极板和电源的正极相连，则充电时，正电荷流经灵敏电流计到达上极板，放电时正电荷从正极板经灵敏电流计与下极板的负电荷中和，所以放电时的电流方向与充电时的电流方向相反。 （2）图像与坐标轴所围面积表示电荷量，所以电容器所带电荷量为，则该电容器的电容为，放电结束释放的电势能为 （3）①电子在电场中受到竖直向下的电场力作用，所以具有竖直向下的恒定加速度，电子具有水平方向的初速度，所以电子做的是匀变速曲线运动，即类平抛运动，故正确，错误。 故选：。 ②电子在电场中的运动时间为 电子的加速度大小为 离开电场时在竖直方向偏移的距离是 解得 故答案为：（1）2，相反；（2），；（3）①；②。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $