
?2021年高考物理專(zhuān)題必刷題訓(xùn)練
專(zhuān)題3 帶電體在電場(chǎng)中的平衡問(wèn)題
一、單項(xiàng)選擇題
1.如圖1所示,兩塊豎直放置、面積足夠大的金屬板A、B水平正對(duì),兩極板間的距離,A極板接地,B極板的電勢(shì)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖2所示。一帶電荷量為–C、質(zhì)量為0.01kg的小球在時(shí)刻從靠近A板的P點(diǎn)由靜止釋放。已知重力加速度g取10m/s2,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.小球沿直線運(yùn)動(dòng)
B.小球下落0.8m時(shí)的速度大小為5m/s
C.若小球在時(shí)刻由靜止釋放,則小球下落0.8m時(shí)的加速度大小為10m/s2
D.若小球在時(shí)刻由靜止釋放,則小球下落0.8m時(shí)的加速度大小為20m/s2
【答案】B
【解析】A.由圖像2可知B極板的電勢(shì)等于A、B極板間的電勢(shì)差,由勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系有,由牛頓第二定律有
解得
所以小球在水平方向上做加速度逐漸增大的變加速運(yùn)動(dòng),而在豎直方向上有
得
小球在豎直方向上做勻變速直線運(yùn)動(dòng),所以小球運(yùn)動(dòng)軌跡為曲線,故A錯(cuò)誤;
B.由A分析可知,若小球一直在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),水平方向加速度與時(shí)間的關(guān)系如圖所示
小球豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng),由知,小球下落0.8m需要時(shí)間
此時(shí)小球豎直方向的速度
由題意可知小球是在t=0.55s釋放的,所以小球在0.55s~0.95s之間在重力場(chǎng)和電場(chǎng)的疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),由圖像可知這段時(shí)間內(nèi)小球水平方向的速度變化量
又
所以在0.95s時(shí)小球在水平方向速度
由運(yùn)動(dòng)的合成與分解有
故B正確;
CD.由前面分析可知,小球下落0.8m用時(shí)0.4s,若小球在時(shí)刻由靜止釋放,則小球在0.6s~1.0s之間在重力場(chǎng)和電場(chǎng)的疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),可知當(dāng)小球剛剛下落0.8m時(shí)小球水平方向的加速度
此時(shí)小球的加速度
故C、D錯(cuò)誤。
故選B。
2.(2021·上海松江區(qū)·高三二模)如圖,質(zhì)量為的帶電滑塊,沿絕緣斜面以加速度勻加速下滑。當(dāng)帶電滑塊滑到有著理想邊界的方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域中,滑塊繼續(xù)沿斜面的運(yùn)動(dòng)情況是( ?。?br />
A.勻速下滑 B.加速下滑,加速度大于
C.加速下滑,加速度小于 D.上述三種情況都有可能發(fā)生
【答案】D
【解析】滑塊在斜面的上部加速下滑,則
進(jìn)入下方的勻強(qiáng)電場(chǎng)后。若電場(chǎng)力向上,則可能有
此時(shí)滑塊將勻速下滑;若則
則仍加速下滑,且;若電場(chǎng)力向下,則
則仍加速下滑,且 。
故選D。
3.(2021·江西高三二模)如圖所示,在水平放置的表面粗糙接地的固定金屬板中點(diǎn)的正上方,有帶正電的點(diǎn)電荷Q,一表面絕緣帶正電的金屬球(可視為質(zhì)點(diǎn),且不影響原電場(chǎng))自左以速度開(kāi)始在金屬板上向右運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中( )
A.小球做先減速后加速的運(yùn)動(dòng) B.小球做勻減速直線運(yùn)動(dòng)
C.小球的電勢(shì)能不變 D.小球受電場(chǎng)力的沖量為零
【答案】C
【解析】AB.金屬板在Q的電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡時(shí),金屬板是一個(gè)等勢(shì)體,表面是一個(gè)等勢(shì)面,表面的電場(chǎng)線與表面垂直,小球所受電場(chǎng)力與金屬板表面垂直,在金屬板上向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,電場(chǎng)力方向與位移方向垂直,對(duì)小球不做功,根據(jù)動(dòng)能定理得知,小球的動(dòng)能不變,速度不變,所以小球做勻速直線運(yùn)動(dòng),AB錯(cuò)誤;
C.小球的動(dòng)能不變,根據(jù)能量守恒可知小球的電勢(shì)能不變,C正確;
D.由于電場(chǎng)力不為零,根據(jù)可知小球受電場(chǎng)力的沖量不為零,D錯(cuò)誤。
故選C。
4.(2021·遼寧錦州市·高三一模)一個(gè)帶負(fù)電的粒子從處由靜止釋放,僅受電場(chǎng)力作用,沿x軸正方向運(yùn)動(dòng),加速度a隨位置變化的關(guān)系如圖所示,可以得出( ?。?br />
A.在和處,電場(chǎng)強(qiáng)度相同B.從到過(guò)程中,電勢(shì)先升高后降低
C.粒子經(jīng)和處速度等大反向D.粒子在處電勢(shì)能最大
【答案】B
【解析】A.因?yàn)椋栽诤吞?,電?chǎng)強(qiáng)度和加速度大小成正比,方向相反,故A錯(cuò)誤;
BD.根據(jù)圖像可知,從到過(guò)程中,粒子先加速后減速,所以電場(chǎng)力先做正功,后做負(fù)功,電勢(shì)能先減小后增大,到處,電勢(shì)能最小,根據(jù)可知,粒子帶負(fù)電,所以電勢(shì)先升高后降低,故B正確,D錯(cuò)誤;
C.根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知可知,a-x圖像的面積表示,所以粒子經(jīng)和處速度大小相等,方向相同,故C錯(cuò)誤。
故選B。
5.(2021·浙江衢州市·高三二模)一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣細(xì)線上端固定在O點(diǎn),下端系一個(gè)質(zhì)量為m帶電量為+q的小球,將它置于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,小球靜止時(shí)細(xì)線與豎直線的夾角成θ=37°。已知重力加速度為g,下列正確的是( ?。?br />
A.剪斷細(xì)線,小球?qū)⒆銮€運(yùn)動(dòng)
B.突然撤去電場(chǎng)的瞬間,繩子拉力變?yōu)?br />
C.如果改變電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向,使小球仍在原位置平衡,電場(chǎng)強(qiáng)度最小為
D.在A點(diǎn)給小球一個(gè)垂直于細(xì)線方向,大小至少為的速度,才能使小球能在豎直平面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動(dòng)
【答案】D
【解析】A.剪斷細(xì)線,小球從靜止釋放,在恒定的重力及電場(chǎng)力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;
B.突然撤去電場(chǎng)的瞬間,小球開(kāi)始做圓周運(yùn)動(dòng),由于初速度為零,沿繩方向滿足
B錯(cuò)誤;
C.如圖所示
當(dāng)電場(chǎng)力qE與拉力T垂直時(shí),電場(chǎng)力最小,場(chǎng)強(qiáng)最小,由平衡條件可得
解得電場(chǎng)強(qiáng)度最小值為
C錯(cuò)誤;
D.如圖所示A為等效最低點(diǎn),B為等效最高點(diǎn),要使小球在豎直平面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動(dòng),只要能過(guò)B點(diǎn)即可,可得等效重力為
在B點(diǎn)滿足
從A到B由動(dòng)能定理可得
聯(lián)立解得在A點(diǎn)的最小速度為
D正確。
故選D。
6.(2021·上海崇明區(qū)·高三二模)如圖所示,M、N為真空中同一電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)。一帶電粒子在電場(chǎng)中只受電場(chǎng)力作用,以速度v1經(jīng)過(guò)M點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng),一段時(shí)間后返回,以速度v2經(jīng)過(guò)N點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng),則( ?。?br />
A.粒子一定帶正電
B.速度v2一定大于v1
C.M點(diǎn)的電勢(shì)一定比N點(diǎn)的高
D.粒子在N點(diǎn)的電勢(shì)能一定比在M點(diǎn)的大
【答案】D
【解析】A.由于不知道電場(chǎng)強(qiáng)度的方向,則無(wú)法確定粒子的電性,故A錯(cuò)誤;
BCD.由于粒子從M出發(fā)后要反向經(jīng)過(guò)N,則粒子從M開(kāi)始應(yīng)做減速運(yùn)動(dòng),后反向加速經(jīng)過(guò)N點(diǎn),由此可知,粒子從M到N,電場(chǎng)力做負(fù)功,動(dòng)能減小,速度也減小,則速度v2一定小于v1,由能量守恒可知,粒子從M到N,電勢(shì)能增加,由于無(wú)法確定粒子的電性,則無(wú)法確定M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)高低,故BC錯(cuò)誤,D正確。
故選D。
7.(2021·廣東高三模擬)與“磁懸浮”對(duì)應(yīng)的一種技術(shù)叫“電懸浮”。如圖所示,豎直平面內(nèi)有a、b、c三個(gè)帶電小球,其中a、b固定于絕緣水平面上,三球的連線恰好組成正三角形,“電懸浮”恰好能使小球c靜止,則( ?。?br />
A.a(chǎn)、b的電荷量必相等
B.a(chǎn)、b、c的電荷量必相等
C.a(chǎn)、b有可能帶相反電性的電荷
D.c的重力大小等于a、c間的庫(kù)侖斥力大小
【答案】A
【解析】A.根據(jù)對(duì)稱(chēng)性,a、b對(duì)c的斥力必大小相等,a、b的電荷量必相等,A正確;
B.根據(jù)庫(kù)侖定律,c的電荷量不必與a(或b)的電荷量相等,B錯(cuò)誤;
C.對(duì)c受力分析,可知小球c的重力和a、b對(duì)c的庫(kù)侖斥力平衡,故三者的電性必相同,C錯(cuò)誤;
D.根據(jù)三力平衡做矢量三角形,可知c的重力大小應(yīng)為a、c間的庫(kù)侖斥力的倍,D錯(cuò)誤;
故選A。
8.(2021·河南新鄉(xiāng)市·高三二模)如圖所示,在邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形ABCD區(qū)域內(nèi)有電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),圖中豎直平行的直線為勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線(方向未知)。一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶負(fù)電粒子,從A點(diǎn)以某一初速度沿AB邊、垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng),經(jīng)過(guò)電場(chǎng)中的P點(diǎn)并從BC邊上的Q點(diǎn)離開(kāi)電場(chǎng),帶電粒子通過(guò)Q點(diǎn)的速度方向與水平方向的夾角為53° ,已知∠PAD=60° ,忽略空氣的阻力,不考慮帶電粒子受到的重力,取sin 53°=0. 8,cos53° =0.6.下列說(shuō)法正確的是( )
A.帶電粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中,電場(chǎng)力所做的功為
B.帶電粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中,電場(chǎng)力所做的功為
C.帶電粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間為
D.帶電粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間為
【答案】A
【解析】AB.根據(jù)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的推論可知,粒子在Q點(diǎn)速度方向的反向延長(zhǎng)線一定過(guò)AB中點(diǎn),根據(jù)幾何關(guān)系可知
解得粒子運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)時(shí)的豎直位移為
帶電粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中,電場(chǎng)力所做的功為
故A正確,B錯(cuò)誤;
CD.設(shè)帶電粒子的初速度大小為v0,經(jīng)時(shí)間t2運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),則有
聯(lián)立上述兩式解得
設(shè)帶電粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間為t1,則有
解得
故CD錯(cuò)誤。
故選A。
二、多項(xiàng)選擇題
9.(2021·福建高三二模)如圖甲所示,一光滑絕緣細(xì)桿水平固定在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中,在點(diǎn)固定一帶正電的小球A,一帶電量為的小球套在桿上。以點(diǎn)為原點(diǎn),沿桿向右為軸正方向建立坐標(biāo)系。小球A對(duì)小球B的作用力隨B位置的變化關(guān)系如圖乙中曲線I所示,小球B所受水平方向的合力隨B位置的變化關(guān)系如圖乙中曲線Ⅱ所示,靜電力常量,則( )
A.小球A所帶電荷量
B.非勻強(qiáng)電場(chǎng)在處沿細(xì)桿方向的電場(chǎng)強(qiáng)度大小
C.將小球B從處?kù)o止釋放運(yùn)動(dòng)到處過(guò)程中,加速度一直減小
D.將小球B從處?kù)o止釋放運(yùn)動(dòng)到處過(guò)程中,速度先增大后減小
【答案】AD
【解析】A.由題圖乙可知,當(dāng)小球A和小球B之間距離x=0.3m時(shí),二者之間的庫(kù)侖力大小為F1=0.2N,根據(jù)庫(kù)侖定律有
代入數(shù)據(jù)解得Q=1×10-6C,故A正確;
B.由題圖乙可知,x=0.3m處,小球B所受合電場(chǎng)力大小為F2=0.16N,則有
代入數(shù)據(jù)解得E=3.6×105N/C,故B錯(cuò)誤;
CD.由題圖乙可知,從x=0.1m到x=0.3m,小球B所受合力先減小至零后再反向增大,所以加速度先減小至零后再反向增大,速度先增大后減小,故C錯(cuò)誤,D正確。
故選AD。
10.(2021·貴州畢節(jié)市·高三二模)如圖,絕緣底座上固定一電荷量為4×10-6C的帶負(fù)電小球A,其正上方O點(diǎn)處用輕細(xì)彈簧懸掛一質(zhì)量為m=0.03kg、電荷量大小為3.6×10-6C的小球B,彈簧的勁度系數(shù)為k=5N/m,原長(zhǎng)為L(zhǎng)o=0.35m。現(xiàn)小球B恰能以A球?yàn)閳A心在水平面內(nèi)做順時(shí)針?lè)较颍◤纳贤驴矗┑膭蛩賵A周運(yùn)動(dòng),此時(shí)彈簧與豎直方向的夾角為θ=53°,已知靜電力常量k=9.0×109N·m2/C2,sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10m/s2,兩小球都視為點(diǎn)電荷。則下列說(shuō)法正確的是( ?。?br />
A.小球B一定帶正電
B.B球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為3.6m/s
C.在圖示位置若突然在B球所在范圍內(nèi)加水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)的瞬間,B球?qū)⒆鲭x心運(yùn)動(dòng)
D.在圖示位置若突然在B球所在范圍內(nèi)加上豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的瞬間,B球?qū)⒆鼋倪\(yùn)動(dòng)
【答案】ACD
【解析】AB.小球A、B之間的庫(kù)侖力
設(shè)彈簧彈力為T(mén),小球B在豎直方向上,則有
彈簧的彈力在水平方向的分力為
再由胡克定律,則有
由幾何關(guān)系
可解,
,,,,
因小球B做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所受合外力指向圓心A,又有F>Tx,且小球A帶負(fù)電,則小球B帶正電,所受合外力
由合外力提供向心力,則有
故A正確,B錯(cuò)誤;
C.在圖示位置若突然在B球所在范圍內(nèi)加水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)的瞬間,小球受到向,左的電場(chǎng)力,這時(shí)提供的向心力減小,這樣提供的向心力小于需要的向心力,小球做離心運(yùn)動(dòng),故C正確;
D.在圖示位置若突然在B球所在范圍內(nèi)加上豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的瞬間,由左手定則可知,小球受到一個(gè)指向圓心的洛倫茲力作用,這時(shí)供的向心力大于需要的向心力,小球做近心運(yùn)動(dòng),故D正確;
故選擇:ACD。
11.(2021·福建漳州市·高三二模)如圖,半徑為的光滑絕緣圓環(huán)固定在豎直面內(nèi),圓環(huán)上、、三點(diǎn)構(gòu)成正三角形,、為圓環(huán)直徑,且水平,為圓環(huán)最低點(diǎn)。將帶正電小環(huán)、(均可視為點(diǎn)電荷)套在圓環(huán)上,固定在點(diǎn)不動(dòng)?,F(xiàn)將小環(huán)由點(diǎn)靜止釋放,則( )
A.小環(huán)到達(dá)點(diǎn)時(shí)速度最大
B.小環(huán)從到機(jī)械能先增大后減小
C.形成的電場(chǎng)中,、兩點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小相等
D.形成的電場(chǎng)中,點(diǎn)的電勢(shì)大于點(diǎn)的電勢(shì)
【答案】BC
【解析】
A.小環(huán)P在E點(diǎn)的受力分析如圖所示,由于重力在切線方向的分力與線速度方向相同,則小環(huán)繼續(xù)做加速運(yùn)動(dòng),所以E點(diǎn)速度并沒(méi)有達(dá)到最大值,則A錯(cuò)誤;
B.小環(huán)從到過(guò)程中,電場(chǎng)力先做正功,后做負(fù)功,根據(jù)功能關(guān)系
則小環(huán)從到機(jī)械能先增大后減小,所以B正確;
C.根據(jù)點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式
由幾何關(guān)系可得
則
所以形成的電場(chǎng)中,、兩點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小相等,則C正確;
D.根據(jù)正點(diǎn)電荷的等勢(shì)面的分布特點(diǎn)可知,離場(chǎng)源電荷越遠(yuǎn)的點(diǎn)電勢(shì)越低,距離場(chǎng)源電荷相等距的各點(diǎn)在同等勢(shì)面上,所以形成的電場(chǎng)中,點(diǎn)的電勢(shì)等于點(diǎn)的電勢(shì),則D錯(cuò)誤;
故選BC。
12.(2021·河南許昌市·高三一模)如圖所示,空間有一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)。一帶負(fù)電荷的微粒在豎直平面內(nèi),從P點(diǎn)以速度v沿右上方射出,v方向與電場(chǎng)方向的夾角為α(0
這是一份專(zhuān)題15 帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析 高考物理必刷題專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練,文件包含專(zhuān)題15帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析高考物理必刷題專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練解析版doc、專(zhuān)題15帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析高考物理必刷題專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練原卷版doc等2份試卷配套教學(xué)資源,其中試卷共26頁(yè), 歡迎下載使用。
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這是一份專(zhuān)題11 雙星或多星問(wèn)題分析 高考物理必刷題專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練,文件包含專(zhuān)題11雙星或多星問(wèn)題分析高考物理必刷題專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練解析版doc、專(zhuān)題11雙星或多星問(wèn)題分析高考物理必刷題專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練原卷版doc等2份試卷配套教學(xué)資源,其中試卷共25頁(yè), 歡迎下載使用。
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