第9章 课时冲关44 素养培优12 带电粒子在交变电场中的运动&课时冲关45 实验10 科学探究：电容器的充、放电问题-【创新教程】2027年高考物理总复习大一轮课时作业（鲁科版）

课时冲关44素养培优12 1.（双选)如图甲所示，平行金属板中央有一 个静止的电子（不计重力），两板间距离足 够大.当两板间加上如图乙所示的交变电 压后，选项图中反映电子速度、位移x和 加速度a随时间t的变化规律图像，可能 正确的是 ( U o 2.（双选)如图甲，真空中的两平行金属板间 距为d、板长为L.A、B两板间加上如图乙 所示的方波形电压.在t=0时刻，一质量 为m、电荷量为e的电子以初速度v。从两 板正中间沿板方向射入电场，并在t=T时 刻从板间射出，不计电子重力.下列说法正 确的是 A 甲 乙 A.电子沿板方向做加速运动 B.板间距离必须满足d≥T四 2m C.电子从板间射出时机械能增加eLUo D.电子从板间射出时的速度大小为。 3.如图甲为一对长度 为L的平行金属© 板，在两板之间加 上如图乙所示的电 甲 压.现沿两板的中轴线从左端向右端连续 不断射入初速度为，的相同带电粒子（重 力不计)，且所有粒子均能从平行金属板的 右端飞出，若粒子在两板之间的运动时间均 为T,则粒子最大偏转位移与最小偏转位移 的大小之比是 A.1:1B.2:1C.3:1D.4:1 4.（双选)如图甲所示，A、B两平行板构成一 加速电场，C、D两平行板构成一偏转电 场，有电子源源不断地从A板上的小孔由 静止进入加速电场，并从B板的小孔离开 加速电场进入偏转电场，虚线恰好为偏转 电场的中轴线，A、B板间的加速电压与时 间的关系图像如图乙所示.已知C、D板间 3 带电粒子在交变电场中的运动 的电压为U。,C、D板间的距离为d,C、D 的极板长度为多d,电子的电荷量为e,质 量为.电子穿过加速电场的时间远小于 T,不计电子重力及电子间的相互作用，下 列说法正确的是 ) ↑Us/U D 32 21 2T 甲 乙 A.在t=0时刻进入加速电场的电子能离 开偏转电场 B.在t= 号T时刻进人加速电场的电子能 离开偏转电场 C.t=T时刻进入加速电场的电子离开偏 转电场时速度方向与图甲中虚线夹角 的正切值为 D.在t=T时刻进入加速电场的电子离开 265eU。 偏转电场时的速度大小为？，m 5.如图甲所示，A、B是两块水平放置的足够 长的平行金属板，B板接地，A、B两极板间 电压随时间的变化情况如图乙所示，C、D 两平行金属板竖直放置，中间有两正对小 孔O1'和O2,两板间电压为U2.现有一带 负电粒子在t=0时刻以一定的初速度沿 AB两板间的中轴线O1O1'进入，并能从 O,'沿O1'O2进入C、D间.已知粒子的带 电荷量为一q,质量为m,(不计粒子重 力)求： A 3 5 42 -V. (1)粒子刚好能到达O。孔时，则该粒子进 入A、B间的初速度v为多大； (2)在(1)的条件下，A、B两板长度的最 小值； (3)A、B两板间距的最小值. 2 课时冲关45 实验十科学 1.如图为研究电容器充、左 放电现象的实验电路 图，开始电容器不带电. 实验开始时，首先将开 关S合向1，这时观察到灵敏电流计G有短 暂的示数，这说明电路中有电流流过，这个过 程叫作 ,经过这一过程，电容器的 两极板就会带上等量的异种电荷，其上极 板带 (选填“正”或“负”)电荷，电 路稳定后灵敏电流计G的示数为零.当把 开关S由1合向2时，有 (选填 “自左向右”或“自右向左”)流过灵敏电流 计G的短暂电流，这个过程叫 2.某实验小组利用图(a)所示电路测量一电 容器的电容，实验器材有：待测电容器（电 容标称值C,=1000F)、6节干电池、定 值电阻R、电压传感器、电流传感器、计算 机、单刀双掷开关S、导线若干 电容器 电压 传感器 R 计算机 电流 传感器 2 (a) 请回答下列问题： (1)按图(a)连接实物电路.先将开关S从 2端拨至1端，电源对电容器充电；再将开 关S拨至2端，电容器放电.传感器将信息 即时输入计算机，屏幕上显示出如图(b) 所示的电流I、电压U随时间t变化的I t图线、U-t图线，则曲线 (选填 “①”“②”“③”“④”)表示电容器充电过程的 U-t图线，曲线 (选填“①”“②” “③”“④”)表示电容器放电过程的I-t 图线 UV↑I/mA L-L 1-- -t-r (b) 31 深究：电容器的充、放电问题 (2)已知每节干电池的电动势为1.6V,为 了完成上述实验，至少需要将 节 干电池串联作为电源 (3)根据图(b)估算当电容器充电完毕时 所带的电荷量是 C,计算电容 器的电容C= uF,该值与C。的相 对误差为 Co-C ×100%= % Co (结果均保留2位有效数字) 3.在“观察电容器的充、放电现象”实验中， (1)用如图1所示的电 容器做实验，电容器外 壳上面标明的“10V”的 图1 含义是 A.电容器的击穿电压为10V B.电容器的额定电压为10V C.电容器在10V电压下才正常工作 (2)把干电池、电阻 箱、电容器、微安表、开 关连成如图2所示的实 4y 验电路，闭合开关，观察 到微安表指针偏转情况 图2 为 A.逐渐变大后保持不变 B.逐渐变大后迅速回到0 C.迅速偏转到某一刻度后保持不变 D.迅速偏转到某一刻度后逐渐减小 (3)电流传感器可以像电流表一样测量电 流，不同的是反应比较灵敏，可以和计算机 相连直接显示电流与时间的变化图像.按 如图3所示电路图连接好实验电路，开关 S与2接通待充电完成后，开关S与1接 通，电容器通过电阻放电，通过电阻R的 电流方向为 (选填“向左”或“向 右”).电流传感器将电流信息传人计算机， 显示出电流随时间变化的I-t图像如图4 所示.根据图像估算出电容器放电过程中 全部释放的电荷量为 C(保留 三位有效数字). 接计 I/mA 算机 名s电流 传感器 R 6 t/s 图3 图4渐减小，C错误；由E-x图线与x轴所围面积表示电势 差，由题图乙可知，x1处与球表面、球表面与x2处，两过 程对应的面积不相等，所以电势差不同，由W=9U可 知，将试探电荷沿x轴从x1移到R处和从R移到x2处 电场力做功不相同，故D错误.故选A,门 课时冲关43电容器与电容 带电粒子在电场中的运动 1.A2.AB3.A4.D 5.AB[垂直M板向右的粒子做匀加速直线运动，由（√2 u)-心=2al,可求加建度的大小=亮，两个粒子相 同，所以它们的加速度大小相同，B选项可求，B正确；平 行M板向下的粒子做类平抛运动，水平方向上由L= at,可求其运动时间，竖直方向上由y=,t,可求竖直 1 位移大小，板长是y的二倍，所以A选项可求，A正确： 由于粒子的质量未知，无法求出粒子的动能大小，由于 粒子电荷量未知，求不出静电力做的功，也求不出粒子 电势能的变化量，所以C、D选项不可求，C、D错误.] 6A[由y宁f-言·当·专样，U-,所以 Uoc兰，可知选项A正确.] 7.BD[三个液滴在水平方向受到静电力作用，水平方向 不是匀速直线运动，所以三个液滴在真空盒中不是做平 拋运动，选项A错误；由于三个液滴在竖直方向均做自 由落体运动，三个液滴的运动时间相同，选项B正确；三 个液滴落到底板时竖直分速度相等，而水平分速度不相 等，所以三个液滴落到底板时的速率不相同，选项C错 误；由于液滴c在水平方向位移最大，说明液滴c在水平 方向加速度最大，所带电荷量最多，选项D正确.] 8.C[甲中小球只受重力，加速度为g,乙中小球受向上的 静电力，因受到的静电力始终小于重力，可知加速度小 于g,根据an9=之a4 =,可知甲中小球从抛出到落 到斜面上用时较短，选项B错误；根据x=t,小球落到 A点的水平方向位移小于落到B,点的水平方向位移，根 据s=c5可知0A的长度小于OB的长度，选项A,D 错误；竖直位移y=ttn0可知，小球落到A,点的竖直 方向位移小于落到B点的竖直方向位移，选项C正确.] 9.AD[质子在匀强电场中受力恒定，故 加速度恒定，则质子从A到B的运动为☑ 匀变速运动，A正确；质子在匀强电场 中做抛体运动，在与电场垂直的方向上分速度相等，设 U。与电场线的夹角为B,知图所示，则有U。sinB=cos 2m,2、 B,解得B=60°，根据动能定理有qELcos60°= 之。·解得E三心，B错误；根据几何关系可得，AC 的长度为Lsin60°=L,则质子从A点运动到B点所 2 2 用的时间为t= 0.sin60= 上，C错误：在匀变速运动过 程中，当速度方向与静电力方向垂直时，质子的速度最 小，有n=面60=D正境] 10.解析：(1)设粒子由Q到R及R到M点的时间分别为 t1与t,到达R时竖直速度为vy, 由y2a,=at及F=qE=ma得， 1qE1.2 v,==9E: mt= t, (t1十t2)=2L, 联立好得：B (2)由(1)知E2=2E1,t1=2t2.因沿PS方向所有粒子 做匀速运动，所以它们到达CD边的时间均为：=马 设PQ间距离P点为h的粒子射入电场后，经过n(n= 2,3,4,…)个类似于Q→R→M的循环运动（包括粒子 从电场E2穿过PS进入电场E1的运动)后，恰好垂直 于CD边水平射出，则它的速度第一次变为水平所用时 间为T=三=2L(m=2,3,4,…),第一次到达PS边的 n nvo 时间则为号工，则 h= 答案：0受瓷@)见解折 课时冲关44素养培优12带电粒子 在交变电场中的运动 1.AD[在平行金属板之间加上题图乙所示的交变电压 时，电子在平行金属板间所受的电场力大小始终不变，F 一，由牛顿第二定律F三a可知，电子的加速度大 小始终不变，电子在第一个T内向B板做匀加速直线运 动，在第二个T内向B板微匀减速直线运动，在第三个 子内反向微匀加选直线运动，在第四个？内向A板微 匀减速直线运动，所以a一t图像应如图D所示，v-t图 像应如题图A所示，A、D正确，C错误；又因匀变速直线 运功位移x=t十a,所以x-t困像应是曲线，B 错误.] 2.BD[水平方向上，电子沿板方向做匀速直线运动；竖直 方向上，0~子内电子微匀加选直线运动，号~T内电子 做匀减速直线运动，出射速度大小为心，故D正确，A错 吴整直方向分位特为y子·胎（号X2= Amd' 由号可知心√密故B正确0~T内静也力微 功为零，机械能增加量为零，故C错误.] 2 3.C[设偏转电场电压不为零时，粒子在偏转电场中的加 速度为a,若粒子在t=nT时刻进入偏转电场，则竖直方 向上先加速后匀速然后飞出偏转电场，此时粒子偏转位 移最大以=（仔）+a×号×号=骨r.若粒子 T 在t仁nT十之时刻进入偏转电场，则竖直方向上先静止 后加速然后飞出偏转电场，此时粒子偏转位移最小，y =0叶()=日aT.则粒子最大偏特位移与最小 1。/T12 偏转位移的大小之比是3：1，故C项正确.门 4.BC[在t=0时刻，A、B间的电压为U。,此时刻进入的 电子在加递电场中有U。=m,很设电子能道过偏 转电场，则电子通过偏转电场所月的时间1一兴电于 在竖直方向上的位移大小y= 1.e.t,解得y=6 9 2 dm >d,饭设不成立，所以电子不能射出偏转电场，故A 错误：在1=号T时刻，AB间的电压为3U。,此时刻选 入的电子在加速电场中有3儿=子m,低设电子能通 3d,电 过偏转电场，则电子道过偏转电场所用时间一 1.U。e·云，解得y 子在竖直方向上的位移大小=之·dm =4<d,假设成立，所以电子能射出偏转电场，成B 正确；在t=T时刻，A、B间的电压为4U。,此时刻进入的 电子在加速电场中有4U=之mi,根据以上分析可 知，电子能通过偏转电场，则电子通过偏转电场所用时 1 Uoe d,电子在竖直方向上的位移大小” ·,解得。=品d,此时电子活竖直方向的建度鸟 Uoe ,电子离开偏转电场时速度方向与题图甲虚线夹角 的正切值1ma=受=是电子离齐偏龄电场时的连度) 一√居-产，故C正确，D错接：] 5,解析：(1)因粒子在A、B间运动时，水平方向不受外力作 用做匀速运动，所以进入O'孔时的速度即为进入A、B 板的初速度 在CD间，由动能定理有qU,=之m心， 1 2qU. 解得6=√m (2)由于粒子进入A、B后，在一个周期T内，竖直方向上 的速度变为初始状态，即堡=0，竖直方向的位移也为 0,若在第一个周期末粒子从A、B板中射出，则对应两板 最短，长度为 2qU: L=wT=T√m 4 (3)若粒子在运动过程中刚好不到A板而返回，则此时 对应两板同距最小，设为，则有日，号·（子×2 兰郎得d=子√哥 /2qU☑ 答案：1)√m 2T√匹√ 2 2m 课时冲关45实验十科学探究： 电容器的充、放电问题 1.解析：将开关S合向1，电源与电容器连通，电路中有电 流流过，说明电源在给电容器储存电荷，这一过程叫作 充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的 异种电荷，其上极板带正电荷；当把开关S由1合向2 时，从电势高的正极板能形成电流流到电势低的负极 板，则有自右向左流过灵敏电流计G的短暂电流，这个 过程叫放电。 答案：充电正自右向左放电 2.解析：(1)充电过程，电压逐渐增大，且增大得越来越慢， 故充电过程电压随时间变化的图线为①；放电过程电压 逐渐变小，减小得越来越慢，电容器放电，放电电流与充 电电流方向相反，电流逐渐变小，且减小得越来越慢，故 放电过程电流随时间变化的图像为④， (2)由题图(b)可以看出，充电完成时，电容器两端电压 约为7.8V,设至少需要将n节干电池串联作为电源，n ≥：4,9，至少客要特5节千电池串联作为电源 (3)由题图(b)知图线④表示电容器放电过程的I-t图 线，图线与横坐标轴围的面积表示放电的总电荷量，即电 容器充电完毕时所带的电荷量Q=9×2×10-3×0.4C= 7.2×10-3C 电容器的电容为C号=8×10F~9.2×10R 该值与C。的相对误差为 Co-C C ×100%= 1000-920×100%=8.06. 1000 答案：(1)①④(2)5(3)7.2×10-39.2×10 8.0 3.解析：(1)电容器外壳上面标明的“10V”的含义是电容 器的额定电压为10V,故选B. (2)闭合开关，电容器将充电，随着电容器所带电荷量逐 渐增大，其两端电压逐渐增大，充电电流逐渐减小，所以 此过程中微安表的指针会迅速偏转到某一刻度，然后逐 渐减小，故选D (3)根据电源正负极位置可知电容器充电后上极板带正 电，所以其放电时通过电阻R的电流方向为向右.I一t 图像与坐标轴所围的面积表示电容器放电过程中全部释 放的电荷量，由题图可知q=nlt6=39×0.2×103×0.4C =3.12×10-8C. 答案：(1)B(2)D(3)向右3.12×10-(3.04×10- 一3.20×10-3均可) 课时冲关46电路的基本概念及电路分析 1.BD 2.B 3.C[由参数可知，电机正常工作时的电流为2A,额定电 压为12V,所以电机的输入功率为P=UI=24W,故A 错误；A·h是电荷量的单位，故B错误；由参数可知，电 3