高二物理电场习题精选

高二物理电场习题精选

电场习题精选 1.如图，虚线 ab 和 c 是静电场中的三个等势面，它们的电 势分别为 a、 b 和 c， a> b> c .带正电的粒子射入电 场中，其运动轨迹如实线 KLMN 所示，由图可知 A 粒子从 K 到 L 的过程中，电场力做负功 B 粒子从 L 到 M 的 过程中，电场力做负功 C 粒子从 K 到 L 的过程中，静电势能增加 D 粒子从 L 到 M 的过程中，动能减小 答案：A、C 2.一平行板电容器，两极之间的距离 d 和两极板面积 S 都可以调节，电容器两板与电池相 连。以 Q 表示电容器的电量，E 表示两极板间的电场强度，则 A 当 d 增大、S 不变时，Q 减小、E 减小 B 当 d 减小、S 增大时，Q 增大、E 增大 C 当 S 增大、d 不变时，Q 增大、E 增大 D 当 S 减小、d 减小时，Q 不变、E 不变 答案：A、B 3，A、B 是一对中间开有小孔的平行金属板，两小孔的连线与金属板面相垂直， 两极板的距离为 l，两极板间加上低频交流电压，A 板电势为零，B 板电势。现有 一电子在 t=0 时穿过 A 板上的小孔射入电场，设初速度和重力的影响均可以忽略 不计，则电子在两极板间可能（） A．以 AB 间的某一点为平衡位置来回振动 B．时而向 B 板运动，时而向 A 板运动，但最后穿出 B 板 C．一直向 B 板运动，最后穿出 B 板，如果ω小于某个值ω0，l 小于某个值 l0 D．一直向 B 板运动，最后穿出 B 板，而不论ω，l 为任何值 答案：A、C 4.如图，虚线方框内有一匀强电场，A、B、C 为该电场 中的三个点。已知 12a V， b=6V， c=－6V。试在 该方框中作出表示该电场的几条电场线。并保留作图时 所用的辅助线（用虚线表示） 答案：略 5．如图所示，E=10V，R1=4Ω，R2=6Ω，C=30μF，电 池内阻不计。先将开关 S 闭合，稳定后再将 S 断开，求 S 断开后通过 R1 的电量。 答案：Q=1．2×10-4C 6.在光滑水平面上有一质量 m＝1.010-3kg ，电量 q＝1.010-10C 的带正电小球，静止在 O 点，以 O 点为原点，在该水平面内建立直角坐标系 oxy。现突然加一沿 x 轴正方向、场强 大小 E＝2.0106 V/m 的匀强电场，使小球开始运动，经过 1.0s，所加电场突然变为沿 y 轴正方向，场强大小仍为 E＝2.0106 V/m 的匀强电场，再经过 1.0S，所加电场又变为另一 个匀强电场，使小球在此电场作用下经 1.0s 速度变为零。求此电场的方向及速度变为零的 位置。 答案：与 x 轴成 2250 角；坐标位置（0.40cm,0.20cm） 7．有三根长度皆为 l=1.00m 的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的 一 端 固 定 在 天 花 板 上 的 O 点 ， 另 一 端 分 别 拴 有 质 量 皆 为 m=1.00  10-2kg 的带电小球 A 和 B，它们的电量分别为-q 和 q， q=1.0010-7C，AB 之间用第三根线连接起来。空间中存在大小为 E ＝1.00 106N/C 的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时 A、B 球的位置如图所示，现将 O、B 之间的线烧断，由于有空气阻力， A、B 球最后会达到新的平衡位置。求最后两球的机械能与电势能 的总和与烧断前相比改变了多少。（不计两带电小球间的相互静电 力） 图中虚线表示 A、B 球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平 衡的位置，其中α、β分别表示细线 OA、OB 与竖直方向的夹角。 A 球受力如图所示，重力 mg，竖直向下；电场力 qE，水平向左；细 线 OA 对 A 的拉力 T1，方向如图；细线 AB 对 A 的拉力 T2，方向如图。 由平衡条件 qETT   sinsin 21 mgTT   coscos 21 B 球的受力如图所示，重力 mg，竖直向下；电场力 qE，水平向右；细 线 AB 对 B 的拉力 T2，方向如图。由平衡条件 qET sin2 mgT cos2 联立以上各式并代入数据，得 α＝0，β＝450 由此可知，A、B 球重新达到平衡位置如图所示，与原来位置相比，A 球的重力势能减小了 )60sin1( 0 mglE A B 球的重力势能减小了 )45cos60sin1( 00  mglEB A 球电势能增加了 060cosqElWA  B 球电势能减小了 )30sin45(sin 00  qElWB 两种势能总和减小了 BAAB EEWWW  代入数据，得 答案：6.810-2J 8．为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，它的上、 下底面的面积 A＝0.04m2 的金属板，间距 L＝0.05m，当连接到 U=2500V 的高压电源正、负 两极时，能在金属板间产生一个匀强电场,如图所示.现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在 容器内,每立方米有烟尘颗粒 1013 个,假设这些颗粒都处于静止状态,每个颗粒带电量 q=+1.0 ×10-17C,质量 m=2.0×10-15kg,不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力,并忽略烟尘颗粒 所受重力.求合上开关后：（1）经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附；（2）附尘过程中电 场对烟尘颗粒共做了多少功；（3）经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大。 答案：（1）t=0.02s （2）W=2.5×10-4J （3）t1=0.014s 再举一些概念性例题让学生练习。例如 例 1．若带正电荷的小球只受到电场力的作用，则 它在任意一段时间内 A．一定沿电场线由高电势向低电势运动 B．一定沿电场线由低电势向高电势运动 C．不一定沿电场线运动，但一定由高电势向低电 势运动 D．不一定沿电场线运动，也不一定由高电势向低 电势运动 答案：D 点评：物体的运动不仅与物体的受力情况有关，而且与物体运动的初始条件有关；物体的 运动轨迹与电场线没有必然的关系。 例 2．在静电场中 A 电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零 B 电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同 C 电场强度的方向总是跟等势面垂直 D 沿着电场强度的方向，电势总是不断降低的 答案：C、D 点评：电场强度的大小与电势的高低没有必然的联系，但由电场强度的方向可以判断电势 的高低。 例 3：示波器的示意图如图，金属丝发射出来的电子被加速后从金属板的小孔穿出，进入 偏转电场。电子在穿出偏转电场后沿直线前进，最后打在荧光屏上。设加速电压 U1=1640V， 偏转极板长 l=4cm，偏转板间距 d=1cm，当电子加速后从两偏转板的中央沿板平行方向进入偏 转电场。（1）偏转电压为多大时，电子束打在荧光屏上偏转距离最大？（2）如果偏转板右端 到荧光屏的距离 L=20cm，则电子束最大偏转距离为多少？ 解析：（1）要使电子束打在荧光屏上偏转距离最大，电子经偏转电场后必须下板边缘出来。 电子在加速电场中，由动能定理 eU= 2 2 0mv 电子进入偏转电场初速度 v0= m eU12 。 电子在偏转电场的飞行时间 t1=l / v0 电子在偏转电场的加速度 a= m eE = md eU 2 要使电子从下极板边缘出来，应有 2 d = 2 1 at12= 2 0 2 2 2mdv leU = 1 2 2 4dU lU 解得偏转电压 U2=205V （2）电子束打在荧光屏上最大偏转距离 y= 2 d +y2 由于电子离开偏转电场的侧向速度 vy= at1 = 0 2 mdv leU 电子离开偏转电场到荧光屏的时间 t2=L/v0 y2=vy·t2= 2 0 2 mdv lLeU = 1 2 2dU lLU =0.05m 电子最大偏转距离 y= 2 d +y2=0.055m 点评：本题分析时，要注意电子在示波器管中加速、偏转、匀速直线运动到达荧光屏三个 阶段受力及运动的特征。旨在练习带电粒子在电场中的加速和偏转问题。 例 4．如图所示，在场强为 E，方向竖直向上的匀强电场中，水平固定一块长方形绝缘薄板。 将一质量为 m，带有电荷－q 的小球，从绝缘板上方距板 h 高处以速度 v0 竖直向下抛出。小 球在运动时，受到大小不变的空气阻力 f 的作用，且 f<(qE+mg)，设小球与板碰撞时不损失机 械能，且电量不变。求小球在停止运动前所通过的总路程 s。 解析：小球以初速度竖直下抛作匀加速运动，并与水平板碰撞 并以相同的速率返回向上运动到最高点。由于阻力作用，返回的 高度变小，然后有下落做加速运动。以后在竖直方向多次往返运 动，但高度不断减小，直到最终静止在水平板上。 由于小球在竖直方向往返运动的每一阶段受力都是恒力，运动 规律都属于匀变速运动。因此本题可应用牛顿运动定律和运动学 公式来解。把每一阶段的位移求出，再求和，就是小球通过的路 程。 但若用动能定理求解更简便。小球在往复运动过程中，一直有阻力做功。而重力、电场力 做功与路径无关，只决定于小球的始末位置。由动能定理 mgh+qEh－fs=0－ 2 1 mv 2 0 s= f mvqEhmgh 2 22 2 0 点评：带电物体在电场中的运动由于重力、电场力作功与路径无关，用动能定理求解比用 牛顿运动定律和运动学公式求解更简便。 例 5．如图甲所示，A、B 表示在真空中相距为 d 的两平行金属板，加上电压后，它们之间 的电场可视为匀强电场。图乙表示一周期性的交变电压波形，横坐标代表电压 U。从 t＝0 开 始，电压为一给定值 U0，经过半个周期，突然变为－U0；再过半个周期，又突然变为 U0， 如此周期性地交替变化。在 t＝0 时，将上述交变电压 U 加在两板上，使开始时 A 板电势比 B 板高，这时在紧靠 B 板处有一初速为零的电子（质量为 m，电量为 e）在电场作用下开始运动， 要想使这电子到达 A 板时具有最大的动能，则所加交变电压的频率最大不能超过多少？ 解析：由电子受力情况可知，电子在板间向左做加速度方向交替变化的单向直线运动。当 t=0 时，A 板电势高于 B 板，在 t

查看更多