新人教版必修第三册2023年高中物理 第10章 静电场中的能量学业质量标准检测(原卷版+解析版)

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名称 新人教版必修第三册2023年高中物理 第10章 静电场中的能量学业质量标准检测(原卷版+解析版)
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文件大小 748.3KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2023-11-10 19:42:25

文档简介

第十章 学业质量标准检测
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分,时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共12小题,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~8小题只有一个选项符合题目要求,每小题3分;第9~12小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.(2022·全国高二单元测试)电荷量为1.0×10-8 C的正电荷,从电场中的A点移到B点,电场力做功1.5×10-6 J的功,则电场中A、B两点间的电势差是( C )
A.50 V B.100 V
C.150 V D.200 V
解析:A、B两点间的电势差为UAB==V=150 V。
2.两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图所示。c是两负电荷连线的中点,d点在正电荷的正上方,c、d到正电荷的距离相等,则下列说法错误的是( B )
A.a点的电场强度比b点的大 B.a点的电势比b点的高
C.c点的电场强度比d点的大 D.c点的电势比d点的低
解析:观察题中图可知a点附近电场线比b点附近电场线密,所以Ea>Eb,A项正确;由沿电场线方向电势逐渐降低可知φb>φa,B项错;由场强公式E=k和场强叠加原理可知Ec>Ed,C项正确;若只有正电荷形成电场,则φc=φd,若只有负电荷形成电场,则φc<φd,而同时存在两种电荷时,可知φd>φc,D项正确。本题选错误的,故选B。
3.在雷雨天气中,两头牛躲在一棵大树下,A牛面对大树站立,B牛侧对大树站立。当闪电击中大树时,大树周围的电势分布如图所示,则( B )
A.A牛的前脚电势比后脚电势低
B.A牛比B牛受到伤害可能更大
C.大树周围形成的电场是匀强电场
D.大树周围形成的电场是图中的同心圆
解析:由等势线分布图可看出,A牛前脚的电势大于后脚的电势,选项A错误;由题中等势面所标出数据可知,类似于正电荷形成的电场,故选项C、D错误;A牛前后脚存在电势差,而B牛处于同一等势上,根据W=qU可判A牛比B牛受到的伤害更大,故B项正确。
4.(2021·全国高二单元测试)如图所示是一对等量异种电荷形成的等势面,下列说法正确的是( C )
A.一负电荷在a点处电势能大于在c点电势能
B.一正试探电荷放在a点处受力比在b处大
C.将一电子从a处移到c处电势能增加10 eV
D.将一电子置于b点受力方向水平向右
解析:电势能为标量,由Ep=φq可知,负电荷在a点电势能小于c点电势能,故A错误;等势面密的地方电场线也较密,由电场线的疏密程度可知a点场强比b点场强小,由F=qE知电荷在b处受力更大,故B错误;由W=qU=-e(φa-φc)=-10 eV,知电场力做负功,电势能增加,故C正确;电场线与等势面垂直,由电势高一侧指向电势低一侧,可知b处电场线水平向右,则电子受力方向水平向左,故D错误。
5.(2022·江西铅山县第一中学高一开学考试)正方形ABCD四个顶点上放置着电荷量相同的、电性如图所示的点电荷,O为正方形两对角线的交点,M、N、P、Q分别为AO、BO、CO、DO的中点。取无穷远处电势为零,下列说法正确的是( D )
A.M、N、P、Q四点的场强相同
B.M、N、P、Q四点的电势均为零
C.将一质子从M点沿MON移动到N点的过程中,电场力先做正功再做负功
D.将一电子从M点沿MOP移动到P点的过程中,电势能先增加后减小
解析:根据电场的矢量叠加可知,M、N、P、Q四个点场强方向不同,选项A错误;由电势叠加可知,M、P两点离正电荷近,则电势为正,N、Q两点离负电荷近,则电势为负,选项B错误;由于O点为两组等量异种电荷的中点,则O点电势为0,且M点电势为正,N点电势为负,则质子从M点沿MON移动过程中,其电势能一直减小,电场力对其一直做正功,选项C错误;由于O点电势为0,且M、P点电势为正,所以电子从M点沿MOP移动到P点的过程中,其电势先降低后升高,则电子的电势能先增加后减小,选项D正确。
6.(2022·西藏林芝市第二高级中学高二期末)如图所示,两平行板间有匀强电场,不同带电粒子先后以相同初速度v0,从平行板左侧中央沿垂直电场方向射入,粒子均不与平行板碰撞,粒子重力不计。设粒子质量为m,带电荷量为q,粒子从平行板右侧离开时偏转距离为y,则下列说法正确的是( C )
A.y与q成正比 B.y与m成反比
C.y与成正比 D.y与成反比
解析:电子进入偏转电场,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,设电子在偏转电场中运动的时间为t,水平方向t=,竖直方向y=at2=××2=,由此可知,y与成正比。
7.(2022·湖南衡阳一模)人体的细胞膜模型图如图a所示,由磷脂双分子层组成,双分子层之间存在电压(医学上称为膜电位),现研究某小块均匀的细胞膜,厚度为d,膜内的电场可看作匀强电场,简化模型如图b所示,初速度可视为零的一价正钠离子仅在电场力的作用下,从图中的A点运动到B点,下列说法正确的是( D )
A.A点电势等于B点电势
B.钠离子的电势能增大
C.若膜电位不变,钠离子进入细胞内的速度越大
D.若膜电位增加,钠离子进入细胞内的速度更大
解析:初速度可视为零的一价正钠离子仅在电场力的作用下,从图中的A点运动到B点,则电场线从A到B,沿电场线电势降低,所以A点电势大于B点电势,A错误;钠离子运动中电场力做正功,所以钠离子的电势能减小,B错误;由动能定理可知qU=mv2,若膜电位不变时,即电压U不变时,钠离子进入细胞内的速度不变;电压U增加时,速度增大,C错误,D正确。
8.(2022·吉林省长春市田家炳实验中学高二上学期期末)水平放置的平行金属板A、B连接一恒定电压,两个质量相等的电荷M和N同时分别从极板A的边缘和两极板的正中间沿水平方向进入板间电场,两电荷恰好在板间某点相遇,如图所示。若不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用,则下列说法正确的是( A )
A.电荷M的比荷大于电荷N的比荷
B.两电荷在电场中运动的加速度相等
C.从两电荷进入电场到两电荷相遇,电场力对电荷M做的功等于电场力对电荷N做的功
D.电荷M进入电场的初速度大小与电荷N进入电场的初速度大小一定相同
解析:若两板间电压为U,间距为d,长为L。则由题意:
vNt+vMt=L①
t2+=t2②
由①式分析得vM、vN一定不相同,D错误;由②式分析得:>,A正确;由>进一步分析可得两个电荷的加速度aM>aN,电场力对电荷所做的功
W=qu=qU
WM>WN,B、C错误。
9.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( AC )
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b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小
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
解析:实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,由于静电感应,在b板上将感应出异种电荷,A正确;b板向上平移,正对面积S变小,由C=知,电容C变小,由C=知,Q不变,U变大,因此静电计指针的张角变大,B错误;插入有机玻璃板,相对介电常数εr变大,由C=知,电容C变大,由C=知,Q不变,U变小,因此静电计指针的张角变小,C正确;由C=,实验中,只增加极板带电荷量,静电计指针的张角变大,表示U变大,但带电荷量与电容器电容无关C不变,D错误。
10.(2022·四川资阳高二上期中)如图所示,A、B、C、D是匀强电场中的四个点,D是BC的中点,A、B、C的连线构成一直角三角形,AB=L m,∠ABC=60°,电场线与三角形所在的平面平行,已知A点的电势为5 V,B点的电势为-5 V,C点的电势为15 V,据此可以判断( BD )
A.场强方向由C指向B B.场强方向垂直于A、D连线指向B
C.场强大小为 V/m D.场强大小为 V/m
解析:由于D点是BC的中点,则UCD=UDB,即φC-φD=φD-φB,故φD== V=5 V,则φD=φA,A、D连线为一条等势线,根据电场线和等势面垂直及沿电场线方向电势逐渐降低,可知场强的方向垂直于A、D连线指向B点,选项A错误,B正确;场强的大小为E== V/m= V/m,选项C错误,D正确。
11.(2022·广东新丰一中高二上期中)一带负电的粒子只在静电力作用下沿x轴正方向运动,其电势能随位移的变化关系如图所示,则下列说法正确的是( ACD )
A.粒子从x1处运动到x2处的过程中静电力做正功
B.x1处电场强度方向沿x轴正方向
C.x1处的电场强度小于x2处的电场强度
D.x1处的电势比x2处的电势低
解析:带负电的粒子从x1处运动到x2处的过程中电势能减小,则静电力做正功,选项A正确;由粒子只在静电力作用下沿x轴运动,所以电场方向与x轴平行,静电力做正功,说明粒子所受的静电力方向沿x轴正方向,粒子带负电,可知电场强度方向沿x轴负方向,选项B错误;根据ΔEp=-FΔx,知Ep-x图线斜率的绝对值等于静电力,由题图知,粒子在x1处所受的静电力小于在x2处所受的静电力,因此x1处的电场强度小于x2处的电场强度,选项C正确;电场强度方向沿x轴负方向,根据沿着电场线方向电势逐渐降低,可知x1处的电势比x2处的电势低,选项D正确。
12.(2022·福建省同安一中高二上学期期中)如图所示为一种质谱仪示意图,由加速电场,静电分析器组成,若静电分析器通道中心线的半径为R,通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E。一质量m,电荷量为+q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器,从垂直于边界的P点射出。不计粒子重力,下列说法正确的是( BC )
A.极板M比极板N电势低
B.加速电场的电压U=
C.电荷在静电分析器里做匀速圆周运动
D.电荷在静电分析器里的运动时间是t=
解析:带电粒子带正电,在加速电场能够加速,则极板M比极板N电势高,故A错误;在静电分析器中,受到的电场力指向圆心,带电粒子沿中心线通过静电分析器,电场力不做功,粒子做匀速圆周运动,从垂直于边界的P点射出。在静电分析器中,电场力提供向心力,即Eq=m,再根据Uq=mv2可知U=ER故BC正确; 电荷在静电分析器里的运动时间是t===,故D错误。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共2小题,共14分。把答案直接填在横线上)
13.(6分)(2022·山东聊城高一期末)某实验小组利用如图甲所示的电路“观察电容器的充、放电现象”。
(1)若将开关S接1,电容器上极板带__正电__(填“正电”或“负电”),再将S接2,通过电流表的电流方向__向左__(填“向左”或“向右”)。
(2)实验中所使用的电容器如图乙所示,当电容器两端电压为额定电压时,电容器极板上所带电荷量为__2.6__C(结果保留两位有效数字)。
解析:(1)将开关S接1,电容器上极板与电源的正极相接,则上板带正电,再将S接2,电容器放电,所以通过电流表的电流方向向左。
(2)由题图乙可知该电容器的额定电压为5.5 V,电容C=0.47 F,当电容器两端电压为额定电压时,电容器极板上所带电荷量Q=CU=0.47×5.5 C≈2.6 C。
14.(8分)当今医学上对某些肿瘤采用质子疗法进行治疗,该疗法用一定能量的质子束照射肿瘤杀死癌细胞。现用一直线加速器来加速质子,使其从静止开始被加速到1.0×107 m/s。已知加速电场的场强为1.3×105 N/C,质子的质量为1.67×10-27 kg,电荷量为1.6×10-19C,则
(1)加速过程中质子电势能__减少__(填“增加”或“减少”);
(2)质子所受到的电场力为__2.08×10-14__ N;
(3)质子加速需要的时间约为__8×10-7__ s;
(4)加速器加速的直线长度约为__4__ m。
解析:(1)加速质子过程中,电场力对质子做正功,质子的电势能减少。
(2)质子受到的电场力为F=Eq=1.3×105×1.6×10-19N=2.08×10-14N。
(3)质子的加速度为a==m/s2≈1.25×1013 m/s2,
根据v=at得,加速时间t=8×10-7 s。
(4)根据v2=2ax得,加速的直线长度x=4 m。
三、论述、计算题(本题共4小题,共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
15.(8分)(2022·全国高二专题练习)如图表示某电场等势面的分布情况。
(1)如果把电子从b等势面移动到e等势面,静电力做功是多少?
(2)在电场中的A、B两点放置电荷量相等的试探电荷,试比较它们所受静电力的大小和电势能的大小。
答案:(1)15 eV (2)试探电荷在A点受电场力较大 电势能相等
解析:(1)由静电力做功公式得Wbe=qUbe=-1×(-15)eV=15 eV。
(2)电场线密的地方电场的强度大,电场线疏的地方电场的强度小,等差等势面密的地方电场强度大,所以A点的电场强度大,试探电荷在A点所受静电力较大;因AB两点电势相等,则试探电荷在两点的电势能相等。
16.(8分)(2022·江苏启东中学高二上期中)如图所示的平行金属板电容器的电容C=2×10-4F,极板A、B之间可以看成匀强电场,场强E=1.2×103 V/m,极板间距离为L=5 cm,电场中c点到A极板、d点到B极板的距离均为0.5 cm,B极板接地。求:
(1)d点处的电势φd;
(2)B极板所带电荷量Q;
(3)d、c两点间的电势差Udc;
(4)将电荷量q=-5×10-6 C的负点电荷从d移到c,静电力的功Wdc。
答案:(1)-6 V (2)1.2×10-2 C (3)48 V
(4)-2.4×10-4 J
解析:(1)d点与B极板间的电势差UdB=-Ed=-1 200×0.005 V=-6 V,所以φd=-6 V。
(2)B、A间的电势差UBA=EL=1 200×0.05 V=60 V
B极板所带电荷量Q=CUBA=2×10-4×60 C=1.2×10-2 C。
(3)d、c两点沿电场方向的距离
Ldc=0.05 m-2×0.5×10-2 m=0.04 m
d、c两点间的电势差Udc=ELdc=48 V。
(4)Wdc=qUdc=-2.4×10-4 J。
17.(14分)(2022·西藏拉萨中学高二上学期月考)如图所示,水平放置的平行板电容器,与某一电源相连。它的极板长L=0.4 m,两板间距离d=4×10-3 m,有一束由相同带电微粒组成的粒子流,以相同的速度v0从两板中央平行极板射入,开关S闭合前,两板不带电,由于重力作用微粒能落到下板的正中央,已知微粒质量为m=4×10-5kg,电荷量q=+1×10-8C,(g=10 m/s2)求:
(1)微粒入射速度v0为多少?
(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场,电容器的上极板应与电源的正极还是负极相连?所加的电压U应取什么范围?
答案:(1)10 m/s (2)负极,120 V≤U≤200 V
解析:(1)粒子刚进入平行板时,两极板不带电,粒子做平抛运动,则有:
水平方向有:=v0t,
竖直方向有:=gt2,
解得:v0=10 m/s。
(2)由于带电粒子的水平位移增加,在板间的运动时间变大,而竖直方向位移不变,所以在竖直方向的加速度减小,所以电场力方向向上,又因为是正电荷,所以上极板与电源的负极相连,
当所加电压为U1时,微粒恰好从下极板的右边缘射出,则有:=a1,
根据牛顿第二定律得:mg-q=ma1,
解得:U1=120 V,
当所加电压为U2时,微粒恰好从上极板的右边缘射出,则有:=a2,
根据牛顿第二定律得:q-mg=ma2,
解得:U2=200 V。
所以所加电压的范围为:120 V≤U≤200 V。
18.(16分)(2022·黑龙江宾县第二中学高二期末)如图所示,一静止的电子经过电压为U的电场加速后,立即从A点射入偏转匀强电场中,射入方向与偏转电场的方向垂直,最终电子从B点离开偏转电场。已知偏转电场的电场强度大小为E,宽度为L,方向竖直向上(如图所示),电子的电荷量为e,质量为m,重力忽略不计。
(1)求电子离开加速电场时的速度;
(2)求电子在偏转电场中的偏转距离;
(3)若仅将加速电场的电压提高为原来的2倍,使电子仍从B点经过,求偏转电场的电场强度E′的大小。
答案:(1) (2) (3)2E
解析:(1)电子在电场中的加速,由动能定理得eU=mv,
解得v0=。
(2)设电子的竖直偏移量为y,则根据类平抛运动规律水平方向有L=v0t,竖直方向有y=at2,由牛顿第二定律得a=,
联立解得y=。
(3)当电压U1=2U时,使电子仍从B点经过,则电子的水平位移x和偏转位移y不变,同理水平方向有x=L=v′0t1,竖直方向有y=a1t,由牛顿第二定律得a1=,
联立解得y=,
则可得E′=2E。第十章 学业质量标准检测
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分,时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共12小题,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~8小题只有一个选项符合题目要求,每小题3分;第9~12小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.(2022·全国高二单元测试)电荷量为1.0×10-8 C的正电荷,从电场中的A点移到B点,电场力做功1.5×10-6 J的功,则电场中A、B两点间的电势差是(  )
A.50 V B.100 V
C.150 V D.200 V
2.两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图所示。c是两负电荷连线的中点,d点在正电荷的正上方,c、d到正电荷的距离相等,则下列说法错误的是(  )
A.a点的电场强度比b点的大 B.a点的电势比b点的高
C.c点的电场强度比d点的大 D.c点的电势比d点的低
3.在雷雨天气中,两头牛躲在一棵大树下,A牛面对大树站立,B牛侧对大树站立。当闪电击中大树时,大树周围的电势分布如图所示,则(  )
A.A牛的前脚电势比后脚电势低
B.A牛比B牛受到伤害可能更大
C.大树周围形成的电场是匀强电场
D.大树周围形成的电场是图中的同心圆
4.(2021·全国高二单元测试)如图所示是一对等量异种电荷形成的等势面,下列说法正确的是(  )
A.一负电荷在a点处电势能大于在c点电势能
B.一正试探电荷放在a点处受力比在b处大
C.将一电子从a处移到c处电势能增加10 eV
D.将一电子置于b点受力方向水平向右
5.(2022·江西铅山县第一中学高一开学考试)正方形ABCD四个顶点上放置着电荷量相同的、电性如图所示的点电荷,O为正方形两对角线的交点,M、N、P、Q分别为AO、BO、CO、DO的中点。取无穷远处电势为零,下列说法正确的是(  )
A.M、N、P、Q四点的场强相同
B.M、N、P、Q四点的电势均为零
C.将一质子从M点沿MON移动到N点的过程中,电场力先做正功再做负功
D.将一电子从M点沿MOP移动到P点的过程中,电势能先增加后减小
6.(2022·西藏林芝市第二高级中学高二期末)如图所示,两平行板间有匀强电场,不同带电粒子先后以相同初速度v0,从平行板左侧中央沿垂直电场方向射入,粒子均不与平行板碰撞,粒子重力不计。设粒子质量为m,带电荷量为q,粒子从平行板右侧离开时偏转距离为y,则下列说法正确的是(  )
A.y与q成正比 B.y与m成反比
C.y与成正比 D.y与成反比
7.(2022·湖南衡阳一模)人体的细胞膜模型图如图a所示,由磷脂双分子层组成,双分子层之间存在电压(医学上称为膜电位),现研究某小块均匀的细胞膜,厚度为d,膜内的电场可看作匀强电场,简化模型如图b所示,初速度可视为零的一价正钠离子仅在电场力的作用下,从图中的A点运动到B点,下列说法正确的是(  )
A.A点电势等于B点电势
B.钠离子的电势能增大
C.若膜电位不变,钠离子进入细胞内的速度越大
D.若膜电位增加,钠离子进入细胞内的速度更大
8.(2022·吉林省长春市田家炳实验中学高二上学期期末)水平放置的平行金属板A、B连接一恒定电压,两个质量相等的电荷M和N同时分别从极板A的边缘和两极板的正中间沿水平方向进入板间电场,两电荷恰好在板间某点相遇,如图所示。若不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用,则下列说法正确的是(  )
A.电荷M的比荷大于电荷N的比荷
B.两电荷在电场中运动的加速度相等
C.从两电荷进入电场到两电荷相遇,电场力对电荷M做的功等于电场力对电荷N做的功
D.电荷M进入电场的初速度大小与电荷N进入电场的初速度大小一定相同
9.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b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小
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
10.(2022·四川资阳高二上期中)如图所示,A、B、C、D是匀强电场中的四个点,D是BC的中点,A、B、C的连线构成一直角三角形,AB=L m,∠ABC=60°,电场线与三角形所在的平面平行,已知A点的电势为5 V,B点的电势为-5 V,C点的电势为15 V,据此可以判断(  )
A.场强方向由C指向B B.场强方向垂直于A、D连线指向B
C.场强大小为 V/m D.场强大小为 V/m
11.(2022·广东新丰一中高二上期中)一带负电的粒子只在静电力作用下沿x轴正方向运动,其电势能随位移的变化关系如图所示,则下列说法正确的是(  )
A.粒子从x1处运动到x2处的过程中静电力做正功
B.x1处电场强度方向沿x轴正方向
C.x1处的电场强度小于x2处的电场强度
D.x1处的电势比x2处的电势低
12.(2022·福建省同安一中高二上学期期中)如图所示为一种质谱仪示意图,由加速电场,静电分析器组成,若静电分析器通道中心线的半径为R,通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E。一质量m,电荷量为+q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器,从垂直于边界的P点射出。不计粒子重力,下列说法正确的是(  )
A.极板M比极板N电势低
B.加速电场的电压U=
C.电荷在静电分析器里做匀速圆周运动
D.电荷在静电分析器里的运动时间是t=
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共2小题,共14分。把答案直接填在横线上)
13.(6分)(2022·山东聊城高一期末)某实验小组利用如图甲所示的电路“观察电容器的充、放电现象”。
(1)若将开关S接1,电容器上极板带____(填“正电”或“负电”),再将S接2,通过电流表的电流方向____(填“向左”或“向右”)。
(2)实验中所使用的电容器如图乙所示,当电容器两端电压为额定电压时,电容器极板上所带电荷量为____C(结果保留两位有效数字)。
14.(8分)当今医学上对某些肿瘤采用质子疗法进行治疗,该疗法用一定能量的质子束照射肿瘤杀死癌细胞。现用一直线加速器来加速质子,使其从静止开始被加速到1.0×107 m/s。已知加速电场的场强为1.3×105 N/C,质子的质量为1.67×10-27 kg,电荷量为1.6×10-19C,则
(1)加速过程中质子电势能____(填“增加”或“减少”);
(2)质子所受到的电场力为____ N;
(3)质子加速需要的时间约为____ s;
(4)加速器加速的直线长度约为____ m。
三、论述、计算题(本题共4小题,共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
15.(8分)(2022·全国高二专题练习)如图表示某电场等势面的分布情况。
(1)如果把电子从b等势面移动到e等势面,静电力做功是多少?
(2)在电场中的A、B两点放置电荷量相等的试探电荷,试比较它们所受静电力的大小和电势能的大小。
16.(8分)(2022·江苏启东中学高二上期中)如图所示的平行金属板电容器的电容C=2×10-4F,极板A、B之间可以看成匀强电场,场强E=1.2×103 V/m,极板间距离为L=5 cm,电场中c点到A极板、d点到B极板的距离均为0.5 cm,B极板接地。求:
(1)d点处的电势φd;
(2)B极板所带电荷量Q;
(3)d、c两点间的电势差Udc;
(4)将电荷量q=-5×10-6 C的负点电荷从d移到c,静电力的功Wdc。
17.(14分)(2022·西藏拉萨中学高二上学期月考)如图所示,水平放置的平行板电容器,与某一电源相连。它的极板长L=0.4 m,两板间距离d=4×10-3 m,有一束由相同带电微粒组成的粒子流,以相同的速度v0从两板中央平行极板射入,开关S闭合前,两板不带电,由于重力作用微粒能落到下板的正中央,已知微粒质量为m=4×10-5kg,电荷量q=+1×10-8C,(g=10 m/s2)求:
(1)微粒入射速度v0为多少?
(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场,电容器的上极板应与电源的正极还是负极相连?所加的电压U应取什么范围?
18.(16分)(2022·黑龙江宾县第二中学高二期末)如图所示,一静止的电子经过电压为U的电场加速后,立即从A点射入偏转匀强电场中,射入方向与偏转电场的方向垂直,最终电子从B点离开偏转电场。已知偏转电场的电场强度大小为E,宽度为L,方向竖直向上(如图所示),电子的电荷量为e,质量为m,重力忽略不计。
(1)求电子离开加速电场时的速度;
(2)求电子在偏转电场中的偏转距离;
(3)若仅将加速电场的电压提高为原来的2倍,使电子仍从B点经过,求偏转电场的电场强度E′的大小。