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2019-2020年高二物理暑假作业19(电场、磁场)
一、选择题(本题共6道小题)
1.一个负电荷由A点射入电场,只在电场力作用下减速运动到B点,由此可知( ) A.电场力对电荷做正功 B.电荷的电势能越来越小 C.电场力对电荷做负功 D.电荷的电势能和动能的总量在减小
2.用塑料梳子梳头时,塑料梳子和头发都会带电,其原因是( ) A.摩擦创造了电荷 B.静电感应创造了电荷 C.电子在梳子和头发之间发生了转移 D.质子在梳子和头发之间发生了转移
3.电场线分布如图所示,电场中a,b两点的电场强度大小分别为已知Ea和Eb,电势分别为φa和φb,则( ) A.Ea>Eb,φa>φbB.Ea>Eb,φa<φbC.Ea<Eb,φa>φbD.Ea<Eb,φa<φb
4.如图所示,竖直向上的匀强电场中,一竖直绝缘轻弹簧的下端固定在地面上,上端连接一带正电小球,小球静止时位于N点,弹簧恰好处于原长状态.保持小球的带电量不变,现将小球提高到M点由静止释放.则释放后小球从M运动到N过程中( ) A.小球的机械能与弹簧的弹性势能之和保持不变 B.小球重力势能的减少量等于小球电势能的增加 C.弹簧弹性势能的减少量等于小球动能的增加量ɛ D.小球动能的增加量等于电场力和重力做功的代数和
5.如图所示,以O点为圆心,以R=
0.20m为半径的圆与坐标轴交点分别为a、b、c、d,该圆所在平面内有一匀强电场,场强方向与x轴正方向成θ=60°角,已知a、b、c三点的电势分别为V、4V、﹣V,则下列说法正确的是( ) A.该匀强电场的场强E=40V/mB.该匀强电场的场强E=80V/m C.d点的电势为﹣VD.d点的电势为﹣4V
6.如图所示,平行板电容器与电动势为E的电流电源连接,上级板A接地,一带负电油滴固定于电容器中的P点,现将平行板电容器的下级板B竖直向下移动一小段距离,则( ) A.带电油滴所受电场力不变 B.P点的电势将升高 C.带电油滴的电势能增大 D.电容器的电容减小,极板带电量增大
二、实验题(本题共2道小题)
7.美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置,最先测出了电子的电荷量,被称为密立根油滴实验如图,两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接,板间产生匀强电场,方向竖直向下,图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止
(1)若要测出该油滴的电荷量,需要测出的物理量有__________A.油滴质量m B.两板间的电压UC.两板间的距离d D.两板的长度L
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=________(已知重力加速度为g)
(3)在进行了几百次的测量以后,密立根发现油滴所带的电荷量虽不同,但都是某个最小电荷量的整数倍,这个最小电荷量被认为是元电荷,其值为e=__________C
8.如图所示,水平放置的平行板电容器,原来AB两板不带电,B极板接地,它的极板长L=
0.1m,两板间距离d=
0.4cm,现有一微粒质量m=
2.0×10-6kg,带电量q=+
1.0×10-8C,以一定初速度从两板中央平行于极板射入,由于重力作用微粒恰好能落到A板上中点O处,取g=10m/s2.试求
(1)带电粒子入射初速度的大小;
(2)现使电容器带上电荷,使带电微粒能从平行板电容器的右侧射出,则带电后A板的电势范围为多少?
三、计算题(本题共3道小题)
9.如图所示,等边三角形AQC的边长为2L,P、D分别为AQ、AC的中点.水平线QC以下是向左的匀强电场,区域Ⅰ(梯形PQCD)内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B0;区域Ⅱ(三角形APD)内的磁场方向垂直纸面向里,区域(虚线PD之上、三角形APD以外)的磁场与区域Ⅱ内大小相等、方向相反.带正电的粒子从Q点正下方、距离Q点为L的O点以某一速度射入电场,在电场作用下以速度v0垂直QC到达该边中点N,经区域Ⅰ再从P点垂直AQ射入区域Ⅲ(粒子重力忽略不计)
(1)求该粒子的比荷;
(2)求该粒子从O点运动到N点的时间t1和匀强电场的电场强度E;
(3)若区域Ⅱ和区域Ⅲ内磁场的磁感应强度大小为3B0,则粒子经过一系列运动后会返回至O点,求粒子从N点出发再回到N点的运动过程所需的时间t.
10.如图,坐标系xOy在竖直平面内,第一象限内分布匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外;第二象限内分布着沿x轴正方向的水平匀强电场,场强大小,质量为m、电荷量为+q的带电粒子从A点由静止释放,A点坐标为(﹣L,),在静电力的作用下以一定速度进入磁场,最后落在x轴上的P点.不计粒子的重力.求
(1)带电粒子进入磁场时速度v的大小.
(2)P点与O点之间的距离.
11.如图甲所示,水平轨道光滑,小球质量为m,带电荷量为+q,可看做质点,空问存在不断变化的电场和磁场,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,磁感应强度的大小B=,方向垂直纸面向里.电场强度在第1s、3s、5s、…内方向水平向右,大小为E=,在第2s、4s、6s、…内方向竖直向上,大小也为E=.小球从零时刻开始在A点由静止释放,求(l)t=l.5s时,小球与A点的直线距离大小;
(2)在A点前方轨道正上方高度为h=位置有圆环水平放置,若带电小球恰好可以从圆环中心竖直穿过,求圆环中心与A点的水平距离大小.试卷答案
1.解因只在电场力作用下减速运动到B点,则电场力做负功,电势能增加,动能减小,总能量守恒,则C正确故选C
2.解用塑料梳子梳头发时,塑料梳子与头发相互摩擦,发生了电子的转移,从而使梳子和头发分别带上异种电荷,而互相吸引;故选C
3.解根据电场线疏密表示电场强度大小,Ea<Eb;根据沿电场线电势降低,φa>φb,故ABD错误,C正确.故选C
4.解A、由于有电场做功,故小球的机械能不守恒,小球的机械能与弹簧的弹性势能之和是改变的,故A错误.B、由题意,小球受到的电场力等于重力.在小球运动的过程中,电场力做功等于重力做功,小球从M运动到N过程中,出现的是重力势能减小转化为电势能和动能,故B错误;C、释放后小球从M运动到N过程中,弹性势能并没变,一直是0,故C错误.D、由动能定律可得重力和电场力做功,小球动能增加,小球动能的增加量等于电场力和重力做功的代数和,故D正确.故选D.
5.解由题意得,a、c间的电势差为Uac=φa﹣φc=4V﹣(﹣4V)=8V;a、c两点沿电场强度方向的距离为d=2Rsinθ=2×
0.2×m=m;故该匀强电场的场强E==V/m=40V/m;根据匀强电场中电势差与电场强度的关系式U=Ed,相等距离,电势差相等,因为φa=4V,φc=﹣4V,可知,O点电势为0,而dO=Oa,则a、O间的电势差等于O、a间的电势差,可知,d点的电势为﹣4V,故ABC错误,D正确;故选D.
6.解A、将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离,由于电容器两板间电压不变,根据E=得知板间场强减小,油滴所受的电场力减小,则油滴将向下运动.故A错误.B、板间场强E减小,而P点与上极板间的距离不变,则由公式U=Ed分析可知,P点与上极板间电势差将减小,而P点的电势低于上极板的电势,则知P点的电势将升高.故B正确.C、由带电油滴原来处于平衡状态可知,油滴带负电,P点的电势升高,则油滴的电势能将减小.故C错误.D、根据电容的定义式C=,电容器与电源保持相连,则U不变,当C减小,则Q也减小.故D错误.故选B.
7.
(1)ABC
(2)
(3)
1.6×10-19C
8.
(1)电容器不带电时,微粒做平抛运动,设初速度为v0,则有,,联立两式得,代入数据得v0=
2.5m/s(4分)
(2)若使微粒能从电容器右侧射出,则要求A板的电势大于0,且B板接地电势等于0,则有,A板电势最小时,微粒刚好从A板右侧边缘射出,则有,,且,联立以上各式V(3分)A板电势最大时,微粒刚好从B板右侧边缘射出,则有,且有a2=a1,代入数据解得V,综上可得6V≤≤10V(3分)
9.解
(1)由题意可知,粒子在区域Ⅰ内做匀速圆周运动,轨道半径为r1=L;由牛顿第二定律和洛伦兹力表达式得到qvB=m解得;
(2)粒子从O点到N点过程中,竖直向上做速度为v0的匀速直线运动,则t1=水平向右做末速度为零的匀减速直线运动,则L=由牛顿第二定律得QE=ma解得E=2B0v0;
(3)带电粒子在区域Ⅱ和区域Ⅲ内做匀速圆周运动,同理由牛顿第二定律和洛伦兹力表达式可得r2=粒子从N点出发再回到N点的运动轨迹如图所示在区域Ⅰ中匀速圆周运动周期T1=;在区域Ⅰ中运动的时间t2=×2=;在区域Ⅱ和区域Ⅲ中匀速圆周运动周期T2=;在区域Ⅱ和区域Ⅲ中运动时间t2=;所以t=t2+t3=;答
(1)该粒子的比荷为;
(2)该粒子从O点运动到N点的时间为,匀强电场的电场强度E为2B0v0;
(3)粒子从N点出发再回到N点的运动过程所需的时间t为.
10.解
(1)设粒子进入磁场的速度为v,由动能定理得qEL=mv2又E=解得v=
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,设半径为R.由qvB=m解得R=,设圆心为C点,则CP=R=,OC=L﹣R=L在直角三角形COP中,有勾股定理的OP=L.答
(1)带电粒子进入磁场时速度v的大小为.
(2)P点与O点之间的距离为L.
11.解
(1)在第1s内,小球向右做初速度为零的匀加速直线运动,1s末的速度v1=at=t=×1=g,1s内的位移x1=at2=t2=×12=g,在第内s内,小球受到的重力mg与电场力F=qE=mg,大小相等、方向相反,合力为零,小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得qv1B=m,解得r1=m,小球做圆周运动的周期T==1s,t=
1.5s时,小球做圆周运动到达最高点,距水平面的高度为2r1,小球与A点间的距离s=,解得s=m;
(2)第3s内小球向右做匀加速直线运动,加速度a==g,第3s末,速度v2=v1+at=2g,x2=v1t+at2=g,在第4s内,重力与电场力平衡,小球做匀速圆周运动,周期T==1s,轨道半径r2==2×=,由此可知,在奇数秒内小球向右做匀加速直线运动,在偶数秒内小球在竖直平面内做匀速圆周运动,在圆轨道最低点,小球的速度v1=g,v2=2g,v3=3g…圆的轨道半径为r1=,r2=2×,r3=3× …在奇数秒内的位移x1=,x2=,x3= …带电小球恰好可以从圆环中心竖直穿过,则圆轨道半径r=h==4×=r4,如果小球竖直向上穿过圆环,圆环与A点的水平距离x=x1+x2+x3+x4+r4=(8g+)如果小球竖直向下穿过圆环,圆环与A点的水平距离x=x1+x2+x3+x4﹣r4=(8g﹣)答(l)t=l.5s时,小球与A点的直线距离大小为m;
(2)圆环中心与A点的水平距离大小为(8g+)m或(8g﹣).。