课下巩固精练卷(24) 电容器 带电粒子在电场中的直线运动（Word练习）-【正禾一本通】2026年新高考物理高三一轮总复习高效讲义

[课下巩固精练卷(二十四)]　电容器　带电粒子在电场中的直线运动 (选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟) 　　　　　　　　　　　　　　　【基础落实练】 1．如图为一种心脏除颤器的原理图，在一次模拟治疗中，先将开关S接到位置1，电容器充电后电压为10 kV，再将开关S接到位置2，电容器在5 ms内通过人体模型完成放电。已知电容器的电容为20 μF，放电结束时电容器两极板间的电势差减为零，下列说法正确的是(　　 ) A．这次电容器充电后带电荷量为0.4 C B．这次放电过程的平均电流为40 A C．人体模型起到绝缘电介质的作用 D．若充电至20 kV，则该电容器的电容为40 μF 解析：选B。由电容的定义式C＝可得，这次电容器充电后带电量为Q＝CU＝20×10－6×10×103 C＝0.2 C，故A错误；由电流的定义式I＝可得，这次放电过程的平均电流为I＝＝ A＝40 A，故B正确；人体模型是导体，不能起到绝缘电介质的作用，故C错误；由电容的决定式C＝可知，充电至20 kV，则该电容器的电容不变，仍为20 μF，故D错误。 2．(2024·江西高考)蜡烛火焰是一种含有电子、正离子、中性粒子的气体状物质，将其置于电压恒定的两平行金属板间，板间电场视为匀强电场，如图所示。若两金属板间距减小，关于火焰中电子所受的电场力，下列说法正确的是(　　) A. 电场力增大，方向向左 B．电场力增大，方向向右 C．电场力减小，方向向左 D．电场力减小，方向向右 解析：选B。由题知，两极板电压保持不变，则根据匀强电场中电势差和电场强度的关系有E＝，当电极板距离减小时，电场强度E增大，则由F＝qE可知电场力F增大；再结合题图可知极板间的电场线水平向左，则可知电子受到的电场力方向向右，故B正确。 3．某同学设计了一个电容式风力传感器，如图所示，将电容器与静电计组成回路。可动电极在风力作用下向右移动，风力越大，移动距离越大。若极板上电荷量保持不变，则风力越大(　　 ) A．电容器电容越小 B．静电计指针张角越小 C．极板间电场强度越大 D．固定电极电势越高 解析：选B。根据C＝，风力越大，两板间的距离d越小，电容器电容C越大，故A错误；极板上电荷量保持不变，电容越大，根据C＝可知，两板之间的电势差越小，静电计指针张角越小，故B正确；根据C＝，E＝，可得E＝，即极板间电场强度与距离d无关，电场强度不变，故C错误；两极板之间的电势差U＝φ固－φ动＝φ固－0＝φ固，由于风力越大，两极板之间的电势差越小，则固定电极的电势越低，故D错误。 4．(2025·江苏连云港模拟)如图所示，一平行板电容器两极板水平正对，上极板M固定，下极板N放在一个绝缘的温度敏感材料上，温度敏感材料会因为温度的变化而出现明显的热胀冷缩，给电容器充电后，N板带有正电，一带电微粒恰好静止在两极板间的P点。使极板与电源断开，当温度升高时，下列说法正确的是(　　 ) A.电容器的电容减小 B．两板间的电场强度减小 C．带电微粒仍然静止 D．带电微粒将向上运动 解析：选C。当温度升高时，温度敏感材料由于热胀冷缩，使得电容器两极板间距离减小，根据C＝可知，电容器的电容增大，故A错误；由于电容器与电源断开，所以电容器所带电荷量不变，根据C＝，C＝，可知两极板间的电场强度为E＝＝可知，电场强度不变，粒子所受电场力不变，所以带电粒子仍处于静止状态，故B、D错误，C正确。 5.如图所示，两极板加上恒定的电压U，将一质量为m、电荷量为＋q的带电粒子在正极板附近由静止释放，粒子向负极板做加速直线运动。不计粒子重力，若将两板间距离减小，再次释放该粒子，则(　　 ) A．带电粒子获得的加速度变小 B．带电粒子到达负极板的时间变短 C．带电粒子到达负极板时的速度变小 D．加速全过程静电力对带电粒子的冲量变小 解析：选B。根据E＝，qE＝ma，可得a＝，将两板间距离减小，带电粒子获得的加速度变大，故A错误；根据匀变速直线运动规律d＝at2，解得t＝，将两板间距离减小，带电粒子到达负极板的时间变短，故B正确；根据动能定理有qU＝mv2，解得v＝，带电粒子到达负极板时的速度不变，故C错误；根据动量定理有I＝mv，可知加速全过程静电力对带电粒子的冲量不变，故D错误。 6．(多选)如图所示为植绒流程示意图，正电金属板与负电金属网间有60 kV的电压，将绒毛放在带负电荷的容器中，使绒毛带负电，绒毛在电场力的作用下飞到需要植绒的布匹表面上，忽略绒毛的重力、空气阻力、绒毛之间的相互作用力和边缘效应，正电金属板与负电金属网之间可视为匀强电场，下列说法正确的是(　　 ) A. 绒毛在飞向布匹的过程中，电场力做正功 B．绒毛运动经过各点处的电势逐渐降低 C．若仅增大正电金属板与负电金属网之间的电压，绒毛到达布匹时的速率将增大 D．若仅增大正电金属板与负电金属网之间的距离，绒毛到达布匹表面时间将减小 解析：选AC。电场方向向上，则绒毛在飞向布匹的过程中，电场力向下，电场力做正功，A正确；绒毛运动经过各点处的电势逐渐升高，B错误；根据qU＝mv2可知，若仅增大正电金属板与负电金属网之间的电压，绒毛到达布匹时的速率将增大，C正确；根据qU＝mv2可知，带正电金属板与负电金属网之间的电压一定，则绒毛到达布匹表面的速度一定，若仅增大正电金属板与负电金属网之间的距离，绒毛到达布匹表面时间将增加，D错误。 【综合提升练】 7．(2025·湖南衡阳模拟)有些材料因热膨胀导致的尺寸变化很小，难以测量。某同学设计制作了电容热膨胀检测仪，原理如图所示。电容器上极板固定，下极板可随材料竖直方向的尺度变化而上下移动。现在测量某材料的热膨胀，将待测材料平放在加热器上进行加热使其温度升高，闭合开关S，下列说法中正确的是(　　 ) A．极板所带电荷量减少 B．检测到灵敏电流计的电流方向为从a到b，说明被测材料出现了反常膨胀(温度升高，高度变小) C．滑动变阻器滑片向上滑动少许可以提高检测仪的工作电压 D．检测结束，断开开关，灵敏电流计上有从a到b的短暂电流 解析：选C。材料温度升高，材料膨胀，电容器两板间距减小，根据C＝，电容增大，由于电容器两板电势差不变，根据C＝，极板所带电荷量增多，A错误；检测到灵敏电流计的电流方向为从a到b，极板所带电荷量增大，由A可知，被测材料没有反常膨胀，B错误；滑动变阻器滑片向上滑动，阻值增大，根据E＝U＋r可知检测仪的工作电压升高，C正确；断开开关，电容器放电，则灵敏电流计上有从b到a的短暂电流，D错误。 8．(多选)(2025·陕西延安模拟)我国空间站天和核心舱配备了四台全国产化的LHT­100霍尔推进器，其简化的工作原理如图所示。放电通道两端的电极A、B间存在一加速电场E，工作时，工作物质氙气进入放电通道后立即被电离为一价氙离子，再经电场加速喷出，形成推力。单台推进器每秒喷出的一价氙离子数量n＝1.8×1019个，速度v＝2×104 m/s，单个氙离子的质量为m＝2.2×10－25 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，不计一切阻力，计算时取氙离子的初速度为零，忽略离子之间的相互作用，则(　　 ) A．A、B两电极间的加速电压为175 V B．A、B两电极间的加速电压为275 V C．单台霍尔推进器产生的平均推力大小约为8 N D．单台霍尔推进器向外喷射氙离子形成的电流约为2.88 A 解析：选BD。氙离子经电场加速，根据动能定理有eU＝mv2，可得加速电压为U＝275 V，故A错误，B正确；根据动量定理可得F·Δt＝nmv，代入数据解得F＝7.92×10－2 N，故C错误；单台霍尔推进器向外喷射氙离子形成的电流约为I＝＝＝ A＝2.88 A，故D正确。 9．(多选)如图所示，水平放置的平行板电容器间存在着竖直向上的匀强电场，电容器外无电场，上极板中心有一小孔。现将一长度为L的均匀带电绝缘细杆的下端对齐小孔，然后由静止释放，细杆下落的最大距离为L(未到达下极板)。已知绝缘细杆的质量为m、总带电荷量为q，重力加速度为g，不计空气阻力，则下列说法正确的是(　　 ) A. 细杆带正电 B．细杆下降过程中的加速度先增大后减小 C．从静止释放到下落至最低点的过程中，细杆的电势能增加了mgL D．平行板电容器间的电场强度大小为 解析：选ACD。若细杆带负电，则细杆将受到竖直向下的电场力，所以细杆会一直加速，根据题意细杆应先向下加速后向下减速，故细杆带正电，故A正确；设进入电场的细杆长度为x，则mg－qE＝ma，所以随着细杆下落，进入电场的长度x不断增大，但加速度应先向下减小后向上增大，故B错误；从静止释放到下落至最低点的过程中，细杆增加的电势能等于减小的重力势能mgL，故C正确；由动能定理得mg·L－F·L＝0，由于细杆所受电场力为F＝qE，即细杆进入电场所受电场力与进入电场的细杆的长度成正比，所以F＝，解得E＝，故D正确。 [应考反思]分析带电粒子或带电体在电场中的直线运动时，要根据其运动性质和问题特点灵活从“三大观点”中选择规律求解。10.电子所带的电荷量最早是由密立根通过油滴实验测出的。油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别接电源正、负极。油滴从喷雾器喷出后，由于相互碰撞而使部分油滴带负电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力及油滴间的相互作用，重力加速度为g。 (1)调节两金属板间的电压，当电压为U时，某个质量为m的油滴恰好做匀速运动，求该油滴所带电荷量q； (2)保持电压U不变，观察到某个质量为2m的带负电油滴进入电场后由静止开始做匀加速直线运动，经过时间t运动到下金属板，求此过程油滴电势能的变化量。 解析：(1)由平衡条件得q＝mg 解得q＝。 (2)设到达下板的速度为v，则d＝t，v＝ 由动能定理得2mgd＋W电＝×2mv2－0 解得ΔEp＝－W电＝2mgd－。 答案：(1)　(2)2mgd－ 11．反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波。其振荡原理与下述过程类似。已知静电场的方向平行于x轴，其电势φ随x的分布如图所示。一质量m＝1.0×10－20 kg、电荷量q＝1.0×10－9 C的带负电的粒子从(－0.5，0)点由静止开始，仅在电场力作用下在x轴上做往返运动。忽略粒子的重力等因素，求： (1)x轴左侧电场强度E1和右侧电场强度E2的大小之比； (2)该粒子运动的最大速度vm； (3)该粒子运动的周期T。 解析：(1)由题图可知 U1＝U2＝20 V 由电场强度和电势差的关系可得左侧电场强度 E1＝ 右侧电场强度E2＝ 由题图知d1＝0.5 cm，d2＝1 cm 联立可得＝。 (2)粒子运动到原点时速度最大，根据 v－0＝2··d1 解得vm＝2×106 m/s。 (3)设粒子半个周期内在原点左右两侧运动的时间分别为t1、t2，由运动学公式得 vm＝t1，vm＝t2 T＝2(t1＋t2) 联立解得粒子运动的周期T＝3×108 s。 答案：(1)2∶1　(2)2×106 m/s　(3)3×10－8 s　 学科网（北京）股份有限公司 $