2022人教版高中物理必修第三册练习题-电容器与带电粒子再电场中的运动综合拔高练

2022人教版高中物理必修第三册

第4节节综合拔高练

五年高考练

考点1电容器

1.（2020课标/,17,6分,钠图（a）所示的电路中,K与L间接一智能电源,用以

控制电容器。两端的电压心如果％随时间1的变化如图⑹所示，则下列描述

电阻A两端电压及随时间力变化的图像中，正确的是（）

4

［；345

0一L"L_!

5

,~1------1

：：345

0,11!1!12345次

-----------------1j

n

2.（2018北京理综,19,6分,出）研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如

图所示。下列说法正确的是

A.实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,能使电容器带电

B.实验中，只将电容器6板向上平移,静电计指针的张角变小

C.实验中，只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大

D.实验中，只增加极板带电荷量,静电计指针的张角变大,表明电容增大

考点2带电粒子（物体）在电场中的运动

3.（2020浙江7月选考,6,3分,*如图所示,一质量为力、电荷量为q（q>0）的粒

子以速度％从"¥连线上的2点水平向右射入大小为反方向竖直向下的匀强电

场中。已知仞V与水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略,则粒子到达砌V连线

上的某点时（）

M

八、E

、

、

N

A.所用时间为写

qE

B.速度大小为3Ko

C.与尸点的距离为空咨

D.速度方向与竖直方向的夹角为30°

4.（2019天津理综,3,6分,*如图所示,在水平向右的匀强电场中，质量为m的

带电小球，以初速度。从〃点竖直向上运动，通过N点时，速度大小为2%方向与

电场方向相反，则小球从"运动到N的过程（）

5:E

A.动能增加//B.机械能增加2/

C.重力势能增加刎D.电势能增加2版

5.（2019课标〃24,12分,*，）空间存在一方向竖直向下的匀强电场，0、〃是电

场中的两点，从。点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为%的小球4、B。

/不带电,夕的电荷量为q(q>0)。/从。点发射时的速度大小为％,到达产点所用

时间为力/从。点到达〃点所用时间为会重力加速度为g,求

⑴电场强度的大小；

⑵方运动到尸点时的动能。“

三年模拟练

1.(2020河北正定一中高二上期中，*0如图所示,两块金属板a和c水平放置，

相互隔开;板a和c接在电池上。闭合开关,一带电微粒产以某一初速度水平射

入板a和c之间,落在板。上的0点。断开开关,平行地插入薄金属板b,带电微

粒产在同样的入射位置、以同样的初速度水平射入板6和c之间，则微粒

A.落在。板上0点的左侧

B.落在c板上。点的右侧

C.落在c板上的0点

D.沿直线飞出

2.（2020安徽毛坦厂中学高二上期中,*）（多选）如图所示，一质量为外带电荷

量为q的粒子，从两平行金属板正中央沿与匀强电场垂直的方向射入，不计重力。

当入射速度为了时,它恰好穿过电场而不碰到金属板,现使粒子入射速度为最仍

使其恰好穿过电场。保持其他量不变,可行的方法是（）

A.使粒子带电荷量变为原来的;

4

B.使两板间电压减为原来的g

C.使两板间距离增为原来的2倍

D.使两板间距离增为原来的4倍

3.（2021安徽池州一中高二期中,*）（多选）如图所示，质量为加、带电荷量为g

的粒子，以初速度历从4点竖直向上射入真空中的水平向右的匀强电场中，粒子

通过电场中方点时,速率次2%,方向与电场的方向一致，则（）

Bo-

A.粒子从/运动到少的时间为T

9

B.粒子从4运动到少的过程中重力做的功为-3喊

C.A夕两点的电势差为〃户出

q

D.4〃两点的电势差为〃尸遇

q

4.（2021广东湛江一中高二上期中,不）如图所示,金属板4、夕水平放置,两板中

央有小孔S、$,/、方与直流电源连接。闭合开关，从S孔正上方。处由静止释

放一带电小球，小球刚好能到达S孔,不计空气阻力,要使此小球从。点由静止释

放后穿过W孔,应（）

（）---------/——

A---------------------

A.仅上移4板适当距离

B.仅下移/板适当距离

C.断开开关,再上移A板适当距离

D.断开开关,再下移A板适当距离

5.（2021河南平顶山一中高二上期中,"）带有等量异号电荷、相距10cm的平

行板A和8之间存在匀强电场，电场强度斤4X101V/m,方向竖直向下，如图所示。

电场中。点距8板3cm,〃点距4板2cm。有一个质量为炉2X10*kg的带电微

粒沿图中所示的虚线从。点运动至〃点。若重力加速度g取10m/s；则下列说

法正确的是（）

A.该微粒在〃点时的电势能最大

B.该微粒可能做匀变速直线运动

C.在此过程中电场力对微粒做的功为1X10'J

D.该微粒带正电，所带电荷量为^5X1012C

6.（2021重庆模拟,北，）如图所示，光滑绝缘的半圆形容器处在水平向右的匀强电

场中，一个质量为勿、电荷量为q的带正电小球在容器边缘/点由静止释放,结果

小球运动到夕点时速度刚好为零，勿与水平方向的夹角为。=60:重力加速度

为g,则下列说法正确的是（）

A.小球重力与电场力的关系是qE=y[3mg

B.小球在夕点时,对圆弧的压力为企砥

C.小球在/点和夕点的加速度大小不同

D.如果小球带负电,从4点由静止释放后，也能沿AB圆弧运动

7.（2021北京海淀二模,"）（多选）如图所示，加力两点处于同一水平面，0为M、

川连线的中点,过。点的竖直线上固定一根绝缘光滑细杆,杆上4、夕两点关于0

点对称。第一种情况:在以川两点分别放置电荷量为+0和-。的等量异号点电荷,

套在杆上带正电的小金属环从A点无初速度释放,运动到夕点;第二种情况:在M、

N两点分别放置电荷量为+0的等量同号点电荷,该金属环仍从A点无初速度释放,

运动到4点。则两种情况中（）

A.金属环运动到少点的速度第一种情况较大

B.金属环从/点运动到6点所用的时间第一种情况较短

C.金属环从/点运动到夕点的过程中，动能与重力势能之和均保持不变

D.金属环从/点运动到方点的过程中(不含尔方两点)，在杆上相同位置的速度

第一种情况较大

球加爵1

8.(2021北京西城二模,")电容器作为储能器件,在生产生活中有广泛的应用。

实际中的电容器在外形结构上有多种不同的形式，但均可以用电容描述它的特性。

(1)在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质就组成一个最简单的电

容器,叫作平行板电容器。图1为一平行板电容器的充电电路,在充电过程中两

极板间电势差〃随电荷量q的变化图像如图2所示。类比直线运动中由「方图

像求位移的方法，在图2中画网格线表示当电荷量由。增加到功的过程中电容器

增加的电势能。

(2)同平行板电容器一样,一个金属球和一个与它同心的金属球壳也可以组成一

个电容器,叫作球形电容器。如图3所示,两极间为真空的球形电容器,其内球半

径为凡外球内半径为心电容为年如篝丁，其中A为静电力常量。请结合⑴中

的方法推导该球形电容器充电后电荷量达到0时所具有的电势能及的表达式。

图3

⑶孤立导体也能储存电荷,也具有电容。

a.将孤立导体球看作另一极在无穷远的球形电容器,根据球形电容器电容的表达

式推导半径为A的孤立导体球的电容的表达式；

b.将带电金属小球用导线与大地相连,我们就会认为小球的电荷量减小为Oo请

结合题目信息及所学知识解释这一现象。

答案全解全析

第4节节综合拔高练

五年高考练

1.A根据图(b)知，在2%s时间内，电容器两端的电压恒定不变，电路中电流为

零,故电阻两端电压为零，故D项错误;在1笃s时间内，电容器两端的电压均匀

增大，电容器处于充电过程,在3与s时间内，电容器两端的电压均匀减小，电容

器处于放电过程,两个过程通过电阻A的电流方向相反,则这两段时间内电阻两

端的电压值必定一正一负，故B项错误；由于充电时间比放电时间短，因此充电电

流/充比放电电流/放大，则充电时电阻两端电压值大于放电时电阻两端的电压值,

故A项正确,C项错误。

2.A带电玻璃棒接触a板,a板会带上同种电荷，同时6板上会感应出异种电荷，

故A正确;静电计指针张角反映电容器两板间电压，将6板上移,正对面积S减小,

电容。减小,板间电压〃增大,故指针张角变大,B错;插入有机玻璃板,相对介电

常数已增大，电容C增大,板间电压〃减小,指针张角变小,C错；只增加极板带

电荷量Q,板间电压〃增大，但电容保持不变，故D错。

3.C粒子在电场中做类平抛运动,从尸点到再次落到，V连线上,水平位移等于

竖直位移，即小出•空产,解得广口詈，故A选项错误；竖直速度k空e2出合速

度-J诏+吟遍显故B选项错误;水平位移产及,竖直位移y=x,故合位

移大小，鱼广义空琏，故C选项正确;设速度方向与竖直方向的夹角为0,则tan

qE

。也」，即夕/30°,故D选项错误。

Vy2

4.B小球从必点运动到N点的过程,可分解为水平方向上的匀加速直线运动和

2

竖直方向上的匀减速直线运动。竖直方向上，运动时间T,上升高度左三；水平

g2g

方向上,2尸at,a=—,所以少电=2侬，水平位移x=vt=^-•t=-从〃至ljN,动能增量

m2g0

△瓦=］义(2。J，后|那,卜错；重力势能增量△瓦=侬妗勿C错；电势能增量

△耳电二一生尸一分电­产一2加，故D错；机械能增量△©尸△&+A£,=2//,B正确。

一题多解

动能的增加量等于合外力做的功，即△£=/合=/电+/垂=/电•x+(-mg*/?);机

械能的增加量等于除重力以外的力做的功，即静电力做的功，△?机=/电；重力势能

的增加量等于克服重力做的功，△瓦=心克航力g"从/人人静电力做正功,故带电小

球的电势能减少。

5.答案⑴等⑵2必(诏+1力

解析(1)设电场强度的大小为七小球〃运动的加速度为多根据牛顿第二定律、

运动学公式和题给条件,有

mg^qE=ma①

色0号g，②

解得后皿③

q

(2)设夕从。点发射时的速度为匕,到达P点时的动能为民,0、尸两点的高度

差为九根据动能定理有

E^invl-mgh\qEh④

且有K|=VOt⑤

力=%/⑥

联立③④⑤⑥式得

区=2%（若+/力⑦

方法指导

优选最佳解题方案,可事半功倍。一般涉及时间的运动问题,采用牛顿第二

定律结合运动学公式解题;不涉及时间时，采用动能定理结合功能关系解题。

三年模拟练

1.C断开开关后，电容器的电荷量不变,插入薄金属板b,等效为极板的间距减小,

根据俄冬小尧和国Ed得庐弁,故电场强度不变,静电力不变，即粒子的受力

U4nkd£rS

情况不变,故运动情况不变,依然落在0点,选项c正确。

2.AC设平行金属板长度为7,板间距离为2d,板间电压为U,入射速度为-时,粒

子恰能穿过电场而不碰到金属板,粒子在水平方向做匀速直线运动,运动时间

V

在竖直方向做匀加速直线运动,加速度a*,则y=d=^at2=-^入射速度变

2md024mdvzo

1

为循,若使粒子的电荷量减少为原来的｝则支卫选项A正确;使两板间

244m哨

电压减小为原来的则片上^=2d选项B错误;使两板间的距离增为原来的2

24mdg)

倍,则粒子恰好穿出磁场时的竖直位移应为2d,尸选项C正确;使两板

8m%)

间的距离增为原来的4倍,则粒子恰好穿出磁场时的竖直位移应为

4d厂M广&选项D错误。

3.ABC带电粒子在竖直方向上仅受重力，做竖直上抛运动,在水平方向上仅受静

电力，做初速度为零的匀加速直线运动。则粒子从A运动到B的过程中，在竖直

方向有Q-v.=-gt,解得?竺,选项A正确;粒子从A运动到夕的过程中，重力做功

9

^r-mgkp-mg•~~^o＞选项B正确；从力到B,根据动能定理得制/电=刎反-

少您,解得/电=2屐,4、4两点间的电势差〃后？=噜选项C正确,D错误。

4.D设板间距离为d,。距S为九电源电压为U,由题意知从。由静止释放的带

电小球到达W孔速度为零,重力做正功，电场力做负功，由动能定理得侬（加中-

q厉0,若仅上移或下移4板适当距离,两板间电压不变,仍满足侬（加中p年0,小

球仍刚好能到达W,则A、B错误;断开开关，0不变，由信条小牟和后加得

后半,则场强£不变，由动能定理得/g（加◎-切・庐0,将4板向上移适当距离，

£rS

假设仍能到达W处,则重力做功不变，电场力做功增多，故假设不成立,即到达不

了W处速度已为零，故C错误;若下移A板适当距离,假设仍能到达2处,则重力

做功不变，电场力做功变少,总功为正功,到达S2处时小球速度不为零,能够穿过

W孔，故D正确。

5.C由于微粒只受电场力和重力作用，这两个力均在竖直方向上,微粒做直线运

动，故电场力的大小等于重力大小,微粒所受的合外力为零，做匀速直线运动，电

场力方向竖直向上,大小为mg,微粒从。点运动到〃点的过程中，电场力做正功，

电势能减小,A、B错误;微粒从。点运动到〃点的过程中，电场力对微粒做的功为

s=/ngs=2X108X10X5X102N=1X1O8J,C正确；该微粒带负电，电荷量

12

干1=%=?1°?竺C=5X10-C,D错误。

EE4X1O4

6.A小球从/运动到〃的过程，根据动能定理得力gT?sin7?（l-cos。）=0,

解得q5取mg,A正确;小球在夕点时,速度为零，向心力为零,则有F^mgsin

8+qEcos0=yj3mg,B错误;在/点，小球所受的合力等于重九加速度等于重力

加速度,在8点，小球所受的合力为广Eqsin60°-mgcos60°=侬,加速度为

a尸±=g,所以小球在A,〃两点的加速度大小相同,C错误;如果小球带负电,从A

m

点由静止释放后，将沿重力和电场力的合力方向做匀加速直线运动,D错误。

7.BD等量异号点电荷连线的中垂线是等势线，带电金属环沿杆运动时电势能不

变,重力势能全部转化为动能,金属环所受合力等于重力，做加速度等于重力加速

度的匀加速直线运动;等量同号正点电荷连线的中垂线上，点电荷连线的中点0

电势最高,与中点。距离越远