(3)电容器的电容、带电粒子在电场中的运动-【衡水金卷·先享题】2024-2025学年高一物理必修3同步周测卷（J）

高中同步周测卷/物理必修第三册 (三)电容器的电容、带电粒子在电场中的运动 (考试时间40分钟，满分100分) 一、单项选择题（本题共8小题，每题8分，共64分。每题只有一个选项最符合题意） 1.电容器迄今为止已开发出了各种类型，其中片式多层陶瓷电容器为电子产品的小型 化做出了很大贡献，成为现代电容器的主流，如图所示为应用于车载的片式多层陶瓷 电容器，大的一个尺寸也仅为0.58mm×1.10mm×0.58mm,其电容为1F,额定 电压为4V,关于该电容器，下列说法正确的是 A.只有当电容器两端的电压为4V时，该电容器才能正常 工作 B.当电容器两端的电压为4V时，其电容为1uF,当电压为0 时，其电容为0 C.该电容器所带电荷量增加1×10-6C时，电容器两端的电压会增大1V D.该电容器正常工作时所能储存的最大电荷量为4C 2.如图甲所示为电容传感器式计算机键盘的结构简图，每个键下面都有相互平行的活 动金属片和固定金属片组成的平行板电容器，两金属片间有空气间隙，每个键的内部 电路如图乙所示。在按键的过程中，下列说 法正确的是 A.电容器的电容将减小 固定支撑板 B.电容器所带电荷量将减小 空气间隙 活动金属片 一固定金属片 C.图乙中的电流从b流向a 甲 乙 D.电容器两板间的电场强度不变 3.如图所示，虚线a、b、c、d、f代表匀强电场中间距相等的一组等势面，已知平面b上的 电势为2V。一电子经过平面a时的动能为l0eV,从平面a到平面d的过程中克服 电场力所做的功为6eV。下列说法正确的是 a A.平面c的电势为4V B.该电子经过平面b时的速率是经过平面d时的2倍 C.该电子经过平面d时的电势能为4eV : D.该电子经过平面c时的电势能为0 4.一次性口罩中使用的熔喷布经驻极处理后，可增加其静电吸附功能。驻极处理的原 理如图所示，针状电极与平板金属电极分别接高压直流电源的正、负极，针尖附近的 空气被电离后，带电粒子在电场力作用下运动，熔喷布捕获带电粒子从而带上静电， 熔喷布带电后对电场的影响忽略不计。下列说法正确的是 A.沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，电势能不断增加 接电源正极 B.熔喷布上表面因捕获带电粒子而带负电 针状电极 C.沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，加速度逐渐增大 中b 熔喷布 D.图中虚线上a、b、c三点的电势分别为9a%、9,且ab=bc, ◆C 接电源负极 则%<十2 2 平板电极 物理·J必修第三册第1页（共4页) 衡水金卷·先享题 5.如图所示，水平向右的匀强电场中有一固定在水平面的绝缘斜面，一带电金属滑块以 Eko=30J的初动能从斜面底端A冲上斜面，到顶端B时恰好返回，已知滑块从A点 滑到B点的过程中克服摩擦力做的功为10J,克服重力做的功为24J,以A点为零重 力势能点，不计空气阻力，则下列说法正确的是 A.滑块上滑过程中机械能减少了10J B B.滑块上滑过程中机械能与电势能之和减少了34J C.滑块上滑过程中动能与重力势能相等的点在斜面中点之上 D.滑块返回到斜面底端时的动能为2J 6.如图所示，三个同心圆是正点电荷Q周围的三个等势面，A、B、C分别是这三个等势 面上的点。已知这三个圆的半径关系为rC一rB=rB一rA=rA,且这三点在同一条电 场线上。现将一个电荷量大小为1.6×106C的试探电荷从A点移动到C点，电势 能减小了1.92×105J。若取A点的电势为0，下列说法错误的是 A.该试探电荷带正电 B.A、B、C三点的电场强度之比EA:EB:Ec=36:9:4 、ABC C.A、B两点间的电势差UAB=6V D.C点的电势为一12V 7.如图所示，竖直平面内的平行板电容器两极板的长度均为L,所带电荷量保持不变， 某带正电微粒紧靠下极板边缘P点，以大小为、方向与极板成45°角斜向上的速度 射入电场，微粒从极板右端M点平行于极板方向射出，M点到两极板的距离均为d, 忽略边缘效应，不计微粒的重力。下列说法正确的是 A.微粒在极板间的运动轨迹为一段圆弧 B.L:d=2:1 C.若仅将上极板向上移动少许，微粒从M点上方射出 D.若将微粒从M点以大小为v。、方向水平向左的初速度垂直电场 P45° 方向射入电场，运动轨迹不变 L 8.如图甲所示，A、B是一对平行金属板，A板的电势9A=0,B板的电势pB随时间的变 化规律如图乙所示，现有一电子从A板上的小孔进入两板间的电场区内，电子的初 速度和重力的影响均可忽略不计，则下列说法正确的是 A.若电子在t=0时刻进入，它可能不会到达B板 A若电子在：一云时刻进人，它可能时而向B板运动， 0 时而向A板运动，最后穿过B板 C若电子在1=号T时刻进入，它可能时而向B板运 动，时而向A板运动，最后穿过B板 D.若电子在=？时刻进人，它一定可以到达B板 班级 姓名 分数 题号 1 2 3 5 6 7 答案 高中同步周测卷三 物理·J必修第三册第2页（共4页） 二、非选择题（本题共3小题，共36分。请按要求完成下列各题） 9.(8分)某实验小组利用如图甲所示的电路研究电容器的充、放电规律，已知直流电源 的电动势为6V。 I/mA © 6 甲 乙 (1)将单刀双掷开关S合向 (填“1”或“2”)，充电结束后，电容器上极板带 (填“正”或“负”)电，充电结束时电容器两端的电压U= V (2)电流传感器记录的电容器充电电流随时间变化的规律如图乙示，图乙中图线与 坐标轴所围成面积的物理意义为 ;电容 器的电容C= F。 (3)改变单刀双掷开关，可以得到放电电流随时间变化的图像，将电阻箱R的阻值调 大，则放电时间 (填“增大”“减小”或“不变”)。 10.(12分)如图所示，空间内存在电场强度大小E=3mg、方向水平向左的匀强电场，倾 Aa 角0=53°的光滑斜面与半径R=1m的竖直光滑圆轨道在A点相切，B点为圆轨道 的最低点，C点为圆轨道的最高点。将质量m=1kg、电荷量为一q(q>0)的带电小 球从斜面上由静止释放，已知重力加速度g=10m/s2,sin53°=0.8，cos53°=0.6， 不计空气阻力，若小球能通过C点，则其会被取走。 (1)若小球从斜面上距离A点1.2m处由静止释放，求圆轨道对小球弹力的最 大值； (2)若保持电场强度大小不变，将电场反向，小球恰能通过C点，求小球运动过程中 的最大速率。 C B 物理·J必修第三册第3页（共4页） 衡水金卷·先享题 11.(16分)示波管的结构如图甲所示，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成 真空，两对偏转电极XX'、YY'相互垂直。如图乙所示，荧光屏上有xOy直角坐标 系，坐标原点位于荧光屏的中心，x轴与电极XX的金属板垂直，其正方向由X'指向 X,y轴与电极YY'的金属板垂直，其正方向由Y'指向Y。电子枪中的金属丝加热 后可以逸出电子，电子经加速电极间的电场加速后进入偏转电极间，两对偏转电极 分别使电子在两个相互垂直的方向发生偏转，最终打在荧光屏上，产生一个亮斑。 已知两对偏转电极极板都是边长为（的正方形金属板，每对电极的两个极板间的距 离都为d,电极YY'的右端与荧光屏之间的距离为L1,电极XX'的右端与荧光屏之 间的距离为L2,加速电极间的电压为U,,电子的电荷量大小为、质量为m。忽略 电子刚离开金属丝时的速度，不计电子重力及电子间的相互作用。下列各情形中， 电子均能打到荧光屏上。 (1)若两个偏转电极都不加电压时，电子束将沿直线运动，且电子运动的轨迹平行于 每块偏转极板，最终打在xOy坐标系的坐标原点，求电子到达坐标原点前瞬间速度 的大小； (2)若在偏转电极YY'之间加恒定电压U1,而偏转电极XX'之间不加电压，求电子 打在荧光屏上的位置与坐标原点之间的距离； (3)若在偏转电极YY之间加电压U,=Umsin兀t,偏转电极XX'之间加如图丙所示 的扫描电压。当偏转电压发生变化时，由于被加速后电子的速度较大，它们都能从 偏转极板右端穿出极板，且时间极短，此过程中可认为偏转极板间的电压不变。请 在图丁中定性画出在荧光屏上看到的图形。 电子枪 U 亮斑 OX! t12t13t1 ·偏转电极 荧光屏 加速电极 甲 的 高中同步周测卷三 物理·J必修第三册第4页（共4页）】高中周测卷 ·物理·J必修第三册· 高中同步周测卷/物理必修第三册（三） 9 命题要素一贤表 注： 1.能力要求： .理解能力Ⅱ.推理能力 Ⅲ，分析综合能力Ⅳ，应用数学处理物理问题的能力V,实验能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究 ④科学态度与责任 题号 题型 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 值 (主题内容) I ⅡⅢ V ① ② ③ ④ 档次 系数 1 单项选择题 8 电容器 易 0.85 2 单项选择题 8 电容器的动态变化 易 0.80 3 单项选择题 8 带电粒子在电场中的运动 √ 易 0.80 带电粒子在电场中运动的实际 4单项选择题 8 中 0.70 应用 单项选择题 功能关系 中 0.65 6 单项选择题 8 等势面 中 0.70 带电粒子在电场中的匀变速曲 7 单项选择题 8 线运动 L 欢 0.55 8 单项选择题 带电粒子在交变电场中的运动 难 0.55 9 非选择题 8 研究电容器的充、放电规律 0.80 10 非选择题 12 复合场中的圆周运动 中 0.65 11 非选择题 16 示波管原理 难 0.55 ·9- ·物理·J必修第三册· 参考答案及解析 叁考答案及解析 一、单项选择题 6eV,当电子经过平面d时，动能为4eV,其电势能 1,C【解析】电容器两端的电压不超过额定电压时，电 为2eV,电子经过平面c时的动能为6eV,其电势能 容器都可以长时间正常工作，A项错误：电容器的电 为0，C项错误，D项正确。 容不随电压变化，B项错误；该电容器所带电荷量增 4.D【解析】沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，电 加1X10C时，电容器两端的电压会增大AU=△9 场力做正功，电势能减小，A项错误；针状电极与平板 电极之间的电场线分布如图所示： =1V,C项正确；该电容器在正常工作时所能储存的 接电源正极 最大电荷量Q=CU=4X106C,D项错误。 针状电极 2.C【解析】在按键的过程中，电容器两板间距d减 熔喷布 小，由C-品可如，电容器的电容C增大，两板电压 接电源负极 平板电极 U一定，根据Q=CU可知电容器所带电荷量Q增 带正电粒子所受电场力向下，熔喷布上表面因捕获带 加，电容器充电，则图乙中的电流从b流向a,A、B项 电粒子而带正电，B项错误：沿图中虚线向熔喷布运 错误，C项正确；电容器两板间距d减小，两板电压U 动的带电粒子，所受电场力越来越小，根据Eg=a, 一定，两板间的电场强度E-号变大，D项错误。 可知加速度逐渐减小，C项错误：由图可知，E>E, 3.D【解析】虚线a、b、c、d、代表匀强电场中间距相 由U=Ed可得Uh>Uke,则pa一>g一，解得 等的一组等势面，一电子经过平面a时的动能为 <十，D项正确。 2 10eV,从平面a到平面d的过程中克服电场力所做 5.C【解析】根据题意，设滑块从A点滑到B点电场 的功为6eV,动能减小了6eV,电势能增加了6eV, 力做的功为W,由动能定理有W一10J一24J=0 因此等势面间的电势差为2V,由于电子的电势能增 30J,解得W=4J,由功能关系可知，滑块的电势能减 加，电势由平面a到平面f是降低的，平面b上的电 小了4J,由于A点为零重力势能点，滑块在B点的 势为2V,因此平面c上的电势为0，A项错误；由上 重力势能为24J,则滑块上滑过程中机械能减少了 述分析可知，当电子到达平面b时的动能为8eV,电 △E=E一EB=6J,机械能与电势能之和减少了 子到达平面d时的动能为4eV,由公式E:=子m时 △E=AE汁△Ep电=10J,A、B项错误；当滑块滑上中 可知，该电子经过平面b时的速率是经过平面d时的 点，重力势能增加了12J,克服摩擦力做功5J,电场 √2倍，B项错误：平面b上的电势为2V,则电子的电 力做功2J,由动能定理有E1一E=一WG一Wa十 势能为一2eV,动能为8eV,电势能与动能之和为 W电1，可得此时的动能E1=15J,大于重力势能，滑 ·10· 高中周测卷 ·物理·J必修第三册· 块继续向上运动的过程中，动能继续减小，重力势能：8.B【解析】电子在t=0时刻进入时，在一个周期内， 继续增加，则滑块上滑过程中动能与重力势能相等的 前半个周期受到的电场力向右，向右做加速运动，后 点在斜面中点之上，C项正确；滑块返回到斜面底端 半个周期受到的电场力向左，继续向右做减速运动， 时，相对于最初始时，电场力、重力做功抵消，由动能 T时刻速度为零，接着周而复始，所以电子一直向B 定理有Ek2一E=一2W,解得动能Ek=10J,D项 板运动，一定会到达B板，A项错误：若电子在三。 错误。 6.C【解析】试探电荷在运动过程中电势能减少，电场 时刻进入，在君~号，电子受到的电场力向右，向右 力做正功，故该试探电荷带正电，A项正确；由题意可 T 7T 做加速运动，在2一名，电子受到的电场力向左，继 知。e=1:23,根据公式E-9得E:E6:E 续向右做减速运动，号时刻速度为零，在~T,电 =36:9:4,B项正确：A、C两点间的电势差Uc= =.6×10V=12V,因为AB段和BC段相 Wc_1.92×10-i 子受到的电场力向左，向左做加速运动，在T一9T, 8 比电场线更密集，电场强度大，又rc一r=rB一rA,故 电子受到的电场力向右，继续向左做减速运动，时 UB>Uc,故UAB>6V,C项错误；Uc=9A一gC 刻速度为零，完成了一个周期的运动，在一个周期内， 12V,故e=-12V,D项正确。 向右的位移大于向左的位移，所以总的位移向右，接 7.B【解析】微粒在平行板电容器中只受电场力作用， 着周而复始，最后穿过B板，B项正确；若电子在t= 微粒的初速度方向与电场力方向不在同一直线上，微 粒做匀变速曲线运动，轨迹为抛物线，A项错误；从P 冬T时刻进人，与在1=召时刻进入时情况相似，在 运动一个周期时间内，时而向B板运动，时而向A板 点到M点，水平方向有L=0t,竖直方向有d=受， 运动，总的位移向左，最后穿过A板，C项错误；若电 且tan45°=巫，可得L:d=2:1,B项正确：电容器所 子在1=子时刻进人，在一个周期内，在子一子，电子 Q Q 带电荷量保持不变，根据E光于S 4πkd 受到的电场力向右，向右做加速运动，在号~平，电 49,可知两板间电场强度与板间距离无关，两板间 子受到的电场力向左，继续向右做减速运动，工时刻 eS 4 电场强度不变，微粒受力不变，轨迹不变，仍然从M 速度为零，此过程中，若电子的位移大于两极板间距， 点射出，C项错误；若将微粒从M点以大小相等的初 则电子能到达B板：若电子的位移小于两极板间距， 速度垂直电场方向射入电场，粒子运动的时间1= 以后在买T内，向左做加速运动，在T~平向左诚 长-号，竖直方向的位移=分ai=e d 2 速到零，接着周而复始，所以电子一直做往复运动，不 d,射出点位于P点上方，D项错误。 会到达B板，D项错误。 ·11· ·物理·J必修第三册· 参考答案及解析 二、非选择题 om 9.(1)1(1分)正(1分)6(1分) (2)充电后电容器所带电荷量(1分)5.6×104 B (2分) 若电场反向，重力与电场力的合力方向与竖直方向 (3)增大(2分) 仍成α角，沿图中OD方向，合力大小仍为F,小球 【解析】(1)充电时应将电容器与电源相连，开关合向 于D点处达到最大速度 1,电容器上极板与电源正极相连，故上极板带正电， 此时若小球能到达C点，应先恰能到达M点，在M 充电结束时电容器两端的电压等于电源两端电压，故 U=6V。 点，对小球受力分析得F=√E0+(mg了=m尺 (2)根据Q=It可知，图线与坐标轴所围面积的物理 (1分) 意义为充电后电容器所带电荷量，图线与坐标轴所围 解得=52 2 m/s (1分) 的格数为42个，则充电后电容器所带电荷量Q=42 ×0.2×103×0.4C=3.36×10-3C,则电容器的电 小球从D点到M点，由动能定理得一F·2R= 1 1 容C-号-=5.6×10E。 moi-2m呢 (1分) (③)根据。=是可知，R变大，放电电流的量大值减 解得o=5m/s 2 (2分) 小，则放电时间会增大。 11.【解析】(1)电子由静止出发至到达坐标原点，根据 10.【解析】(1)设重力与电场力的合力方向与竖直方向 动能定理有eU,=2muf (1分) 成a角，故tana=Eg (1分) mg 解得 (1分) 解得a=37° (1分) (2)电子在电极YY间偏转，根据牛顿第二定律有 重力与电场力的合力大小F=√(Eq)十(mg)产= 年mg,方向沿斜面向下 5 d (1分) (1分) 从释放点到最大速度点，由动能定理得F(s十R)= 设电子在偏转电场中的运动时间为t,则有(=t (1分) 1 i (1分) y1= (1分) 在最大速度点，由牛顿第二定律得N一F=m尺 PU (1分) (1分) 解得y=4dU。 解得V=67.5N (2分) 电子离开偏转电场到打在荧光屏上的过程做匀速直 (2)如图所示 线运动，运动时间为t',则有L1=6t (1分) ·12· 高中周测卷 ·物理·J必修第三册· y=vst' (1分) 在偏转电极YY'之间加电压U,=Usinπt时，有y V,=ato (1分) (1+2L)IU 4πUod 解得=LU 4Ud sin十x,故荧光屏上看 2Ud (1分) 到的图形如图所示 电子打在荧光屏上的位置到坐标原点的距离y=y y +y=+2L)1U (1分) 4Uod (3)根据图丙得到电极XX间电压在一个周期内随 时间变化的关系式U,-1一U (2分) t (2分) 类比(2)中结果，得到亮斑的位置坐标随时间变化的 关系式x=+2出)L(1-1D (1分) ·13