2019-2020學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 習(xí)題課（二） 帶電粒子（帶電體）在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí) 新人教版選修3-1

《2019-2020學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 習(xí)題課（二） 帶電粒子（帶電體）在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí) 新人教版選修3-1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 習(xí)題課（二） 帶電粒子（帶電體）在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí) 新人教版選修3-1（8頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、　習(xí)題課(二)　帶電粒子(帶電體)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 「基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練」 1．一帶負(fù)電小球，在從空中a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過程中，受重力、空氣阻力和靜電力作用，重力對(duì)小球做功3.5 J，小球克服空氣阻力做功0.5 J，靜電力對(duì)小球做功1 J，則下列說法正確的是(　　) A．小球在a點(diǎn)的重力勢(shì)能比在b點(diǎn)小3.5 J B．小球在a點(diǎn)的機(jī)械能比在b點(diǎn)小0.5 J C．小球在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)少1 J D．小球在a點(diǎn)的動(dòng)能比在b點(diǎn)多4 J 解析：選B　根據(jù)功能關(guān)系可知，重力對(duì)小球做功3.5 J，重力勢(shì)能減少3.5 J，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；除重力以外，小球克服空氣阻力做功0.5 J，靜電力對(duì)小球做功1 J，機(jī)

2、械能增加0.5 J，B選項(xiàng)正確；靜電力做功1 J，電勢(shì)能減少1 J，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；合外力做功4 J，動(dòng)能增加4 J，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 2.如圖甲所示，在平行板電容器A、B兩極板間加上如圖乙所示的交變電壓．開始A板的電勢(shì)比B板高，此時(shí)兩板中間原來靜止的電子在電場(chǎng)力作用下開始運(yùn)動(dòng)．設(shè)電子在運(yùn)動(dòng)中不與極板發(fā)生碰撞，向A板運(yùn)動(dòng)時(shí)為速度的正方向，則下列圖象中能正確反映電子速度變化規(guī)律的是(其中C、D兩項(xiàng)中的圖線按正弦函數(shù)規(guī)律變化) (　　) 解析：選A　電子在交變電場(chǎng)中所受電場(chǎng)力大小恒定，加速度大小不變，C、D錯(cuò)誤；從0時(shí)刻開始，電子向A板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，T后電場(chǎng)力反向，電子向A板做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，

3、直到t＝T時(shí)刻速度變?yōu)榱?，之后重?fù)上述運(yùn)動(dòng)，A正確，B錯(cuò)誤． 3．(多選)如圖所示，水平固定的矩形金屬板A帶電量為Q，電勢(shì)為零，從金屬板中心O處釋放一質(zhì)量為m、帶電量為＋q的小球，由于電場(chǎng)力的作用，小球豎直上升的最大高度可達(dá)金屬板中心豎直線上的C點(diǎn)，已知OC＝h，重力加速度為g，又知道小球過豎直線上B點(diǎn)時(shí)的速度最大，由此可確定Q所形成的電場(chǎng)中的物理量是(　　) A．B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) 　　　　　 B．C點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) C．B點(diǎn)的電勢(shì) D．C點(diǎn)的電勢(shì) 解析：選AD　小球受到向下的重力和向上的電場(chǎng)力，小球在B點(diǎn)速度最大，加速度為零，即mg＝qE，可以確定B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，故A選項(xiàng)正確；小球從O向C運(yùn)動(dòng)

4、的過程中，－mgh＋qUOC＝0，其中φC＝UCO＝－UOC，即可以確定C點(diǎn)的電勢(shì)，故D選項(xiàng)正確． 4．如圖甲所示，兩平行正對(duì)的金屬板A、B間加有如圖乙所示的交變電壓，一重力可忽略不計(jì)的帶負(fù)電粒子被固定在兩板的正中間P處．若在t0時(shí)刻釋放該粒子，粒子會(huì)時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，并最終打在B板上．則t0可能屬于的時(shí)刻是(　　) A．t0＝0　　　　　　　　 　B．t0＝ C．t0＝ D．t0＝ 解析：選C　t0＝0時(shí)刻釋放，帶負(fù)電粒子先加速向A板運(yùn)動(dòng)、再減速運(yùn)動(dòng)至零，然后繼續(xù)向A板加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)至零，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終打在A板上，A選項(xiàng)不符合題意；t0＝時(shí)刻釋放，帶負(fù)電

5、粒子先加速向B板運(yùn)動(dòng)、再減速運(yùn)動(dòng)至零，然后繼續(xù)向B板加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)至零，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終打在B板上，B選項(xiàng)不符合題意；t0＝時(shí)刻釋放，帶負(fù)電粒子先加速向B板運(yùn)動(dòng)、再減速運(yùn)動(dòng)至零，然后再反方向向A板加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)至零，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，每次向A板運(yùn)動(dòng)的距離小于向B板運(yùn)動(dòng)的距離，最終打在B板上，C選項(xiàng)符合題意；t0＝時(shí)刻釋放，帶負(fù)電粒子先加速向B板運(yùn)動(dòng)、再減速運(yùn)動(dòng)至零，然后再反方向向A板加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)至零，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，每次向B板運(yùn)動(dòng)的距離小于向A板運(yùn)動(dòng)的距離，最終打在A板上，D選項(xiàng)不符合題意． 5．如圖所示，地面上某區(qū)域存在著豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，一個(gè)質(zhì)量為m的帶負(fù)電的小球以水平方向的

6、初速度v0由O點(diǎn)射入該區(qū)域，剛好通過豎直平面中的P點(diǎn)，已知連線OP與初速度方向的夾角為45°，則此帶電小球通過P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為(　　) A．mv02 　B．mv02 C．2mv02 D．mv02 解析：選D　小球受到重力和電場(chǎng)力作用做類平拋運(yùn)動(dòng)，位移與豎直方向夾角為45°，根據(jù)速度夾角正切與位移夾角正切的關(guān)系，tan θ＝2tan 45°＝2，即小球到達(dá)P點(diǎn)的速度為vP＝＝v0，動(dòng)能為mv02，故D選項(xiàng)正確． 6.(多選)如圖所示，在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一根不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)繩的一端系著一個(gè)帶電小球，另一端固定于O點(diǎn)，小球在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最高點(diǎn)為a，最低點(diǎn)為b.不計(jì)空氣阻

7、力，則不正確的是(　　) A．小球帶負(fù)電 B．電場(chǎng)力跟重力平衡 C．小球在從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過程中，電勢(shì)能減小 D．小球在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能不守恒 解析：選AC　小球在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，受到重力、電場(chǎng)力和細(xì)繩的拉力作用，電場(chǎng)力與重力平衡，小球帶正電，A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確；小球在從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力做負(fù)功，根據(jù)功能關(guān)系可知，小球的電勢(shì)能增大，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；電場(chǎng)力做功，小球在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能不守恒，D選項(xiàng)正確． 7.如圖所示，平行金屬板內(nèi)有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，一帶電粒子以平行于金屬板的初速度v0從板間某點(diǎn)射入電場(chǎng)，不計(jì)粒子受的重力，當(dāng)入射動(dòng)能為Ek時(shí)，此帶電粒子從場(chǎng)中射出的動(dòng)

8、能恰好為2Ek.如果入射速度方向不變，初動(dòng)能變?yōu)?Ek，那么帶電粒子射出的動(dòng)能為(　　) A.Ek 　B.Ek C.Ek D.3Ek 解析：選C　帶電粒子在平行板電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)入射動(dòng)能為Ek時(shí)，水平方向L＝v0t，豎直方向d1＝t2，聯(lián)立解得d1＝2＝，根據(jù)動(dòng)能定理得qEd1＝2Ek－Ek＝Ek；當(dāng)入射動(dòng)能為2Ek時(shí)，同理得d2＝＝，根據(jù)動(dòng)能定理得qEd2＝Ek′－2Ek；聯(lián)立解得Ek′＝2Ek＋qE＝Ek ，故C選項(xiàng)正確，A、B、D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 8．如圖ABCD是豎直放在E＝103 V/m的水平勻強(qiáng)電場(chǎng)中的絕緣光滑軌道，BCD是直徑為20 cm的半圓環(huán)，AB＝15 cm，一

9、質(zhì)量m＝10 g，帶電量q＝10－4 C的小球由靜止在電場(chǎng)力作用下自A點(diǎn)沿軌道運(yùn)動(dòng)，求：它運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)速度多大？此時(shí)對(duì)軌道的壓力多大？(g＝10 m/s2) 解析：小球從A經(jīng)B到C的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理得，qE(xAB＋R)－mgR＝mvC2－0，代入數(shù)據(jù)，解得vC＝ m/s.在C點(diǎn)，根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)N－qE＝m，解得FN＝0.4 N，根據(jù)牛頓第三定律可知，小球?qū)壍繡點(diǎn)的壓力為0.4 N. 答案： m /s　0.4 N 「能力提升練」 1.如圖所示，M、N是豎直放置的兩平行金屬板，分別帶等量異種電荷，兩極間產(chǎn)生一個(gè)水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E，一質(zhì)量為m、電量為＋q的微粒，以初

10、速度v0豎直向上從兩極正中間的A點(diǎn)射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，微粒垂直打到N極上的C點(diǎn)，已知AB＝BC.不計(jì)空氣阻力，則可知(　　) A．微粒在電場(chǎng)中的加速度是變化的 B．微粒打到C點(diǎn)時(shí)的速率與射入電場(chǎng)時(shí)的速率相等 C．MN板間的電勢(shì)差為 D．MN板間的電勢(shì)差為 解析：選B　因微粒所受電場(chǎng)力和重力均為恒力，其合力也為恒力，且與v0有一定夾角，故微粒做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；由AB＝BC可得：t＝t，可見vC＝v0，B正確；由W電＋WG＝ΔEk＝0，可得：UAB·q＝mgh，又mgh＝mv02，UMN＝2UAB，可得：UMN＝，由mg＝Eq可得：U＝，C、D錯(cuò)誤． 2．(多選)在空間中水平面MN

11、的下方存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，質(zhì)量為m的帶電小球由MN上方的A點(diǎn)以一定初速度水平拋出，從B點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)速度方向恰好水平，A、B、C三點(diǎn)在同一直線上，且AB＝2BC，如圖所示．由此可見(　　) A．電場(chǎng)力為3mg B．小球帶正電 C．小球從A到B與從B到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等 D．小球從A到B與從B到C的速度變化量的大小相等 解析：選AD　由小球進(jìn)入電場(chǎng)后在豎直方向減速可知，小球在電場(chǎng)中所受電場(chǎng)力豎直向上，帶負(fù)電，由ABC在同一直線上，AB＝2BC可知，小球在進(jìn)入電場(chǎng)前、后的水平位移之比為x1∶x2＝2∶1，小球在水平方向速度始終為v0，故小球從A到B與從B到C的時(shí)間之比為t1∶t

12、2＝2∶1，B、C錯(cuò)誤；由y1＝gt12，y2＝at22，y1＝2y2可知，a＝2g，再由F－mg＝ma可知F＝3mg，由Δv＝aΔt可知，Δv1＝Δv2，A、D正確． 3．如圖甲為一對(duì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的平行金屬板，在兩板之間加上圖乙所示的電壓．現(xiàn)沿兩板的中軸線從左端向右端連續(xù)不斷射入初速度為v0的相同帶電粒子(重力不計(jì))，且所有粒子均能從平行金屬板的右端飛出，若粒子在兩板之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為T，則粒子最大偏轉(zhuǎn)位移與最小偏轉(zhuǎn)位移的大小之比是(　　) A．1∶1 B．2∶1 C．3∶1 D．4∶1 解析：選C　粒子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間

13、均為T，在t＝0時(shí)刻進(jìn)入的粒子偏轉(zhuǎn)位移最大，在前半個(gè)周期加速運(yùn)動(dòng)，后半個(gè)周期勻速運(yùn)動(dòng)，位移ymax＝a·2＋a·＝aT2，在t＝時(shí)刻進(jìn)入的粒子偏轉(zhuǎn)位移最小，在前半個(gè)周期豎直方向無速度，后半個(gè)周期做勻加速運(yùn)動(dòng)，ymin＝a·2＝aT2，ymax∶ymin＝3∶1，C選項(xiàng)正確． 4．(多選)如圖甲，兩水平金屬板間距為d，板間電場(chǎng)強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖乙所示．t＝0時(shí)刻，質(zhì)量為m的帶電微粒以初速度v0沿中線射入兩板間，0～時(shí)間內(nèi)微粒勻速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻微粒恰好經(jīng)金屬板邊緣飛出，微粒運(yùn)動(dòng)過程中未與金屬板接觸，重力加速度的大小為g.關(guān)于微粒在0～T時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的描述，正確的是(　　) A．末速度大小為v0

14、 B．末速度沿水平方向 C．重力勢(shì)能減少了mgd D．克服電場(chǎng)力做功為mgd 解析：選BC　因?yàn)橹虚g與后面時(shí)間加速度等大反向，所以離開電容器時(shí)，豎直速度為零，只有水平速度v0，A錯(cuò)誤，B正確；中間時(shí)間和后面時(shí)間豎直方向的平均速度相等，所以豎直位移也相等，因?yàn)樨Q直方向總位移是，所以后面時(shí)間內(nèi)豎直位移是，克服電場(chǎng)力做功W＝2qE0×＝2mg×＝mgd，D錯(cuò)誤；重力勢(shì)能減少等于重力做功mg×＝mgd，C正確． 5.如圖所示，充電后的平行板電容器水平放置，電容為C，極板間距離為d，上極板正中有一小孔．質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球從距離小孔正上方h處由靜止開始下落，穿過小孔到達(dá)下極板處速度

15、恰為零(空氣阻力忽略不計(jì)，極板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，取重力加速度為g)．求： (1)小球到達(dá)小孔處的速度； (2)極板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小和電容器所帶電荷量； (3)小球從開始下落到運(yùn)動(dòng)到下極板處的時(shí)間． 解析：(1)由v2＝2gh得v＝. (2)在極板間帶電小球受重力和電場(chǎng)力作用，有 qE－mg＝ma，且v2－0＝2ad，得E＝ 由U＝Ed、Q＝CU得Q＝. (3)由題意得h＝gt12,0＝v＋at2，t＝t1＋t2， 聯(lián)立解得t＝. 答案：(1)　(2)　 (3) 6.如圖所示，在豎直平面內(nèi)，AB為水平放置的絕緣粗糙軌道，CD為豎直放置的足夠長(zhǎng)絕緣粗糙軌道，AB與CD通過

16、四分之一絕緣光滑圓弧形軌道平滑連接，圓弧的圓心為O，半徑R＝0.50 m，軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E＝1.0×104 N/C，現(xiàn)有質(zhì)量m＝0.20 kg、電荷量q＝8.0×10－4 C的帶電體(可視為質(zhì)點(diǎn))，從A點(diǎn)由 靜止開始運(yùn)動(dòng)，已知sAB＝1.0 m，帶電體與軌道AB、CD間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5.假定帶電體與軌道之間的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力相等．求：(g取10 m/s2) (1)帶電體第1次運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道C點(diǎn)時(shí)的速度； (2)帶電體最終停在何處； (3)帶電體從開始運(yùn)動(dòng)到停止的整個(gè)過程中產(chǎn)生的熱量． 解析：(1)設(shè)帶電體到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度為v，從A到C由動(dòng)能定理得 qE(sAB＋R)－μmgsAB－mgR＝mv2，解得v＝10 m/s. (2)設(shè)帶電體沿豎直方向上升的最大高度為h， 由動(dòng)能定理得－mgh－μEq·h＝0－mv2， 解得h＝ m. 在最高點(diǎn)最大靜摩擦力fmax＝μEq＝4 N>mg＝2 N， 故帶電體最終靜止在與C點(diǎn)豎直距離為 m處． (3)由能量守恒可得Eq(sAB＋R)＝Q＋mg(R＋h) 解得Q＝7.67 J. 答案：(1)10 m/s　(2)C點(diǎn)上方離C點(diǎn)的豎直距離為 m處　(3)7.67 J 8