2022年高考物理 考點(diǎn)訓(xùn)練例題精析 專題08 帶電粒子在電場中的運(yùn)動

2022年高考物理 考點(diǎn)訓(xùn)練例題精析 專題08 帶電粒子在電場中的運(yùn)動例1、（01全國高考）如圖，虛線a、b和c是靜電場中的三個等勢面，它們的電勢分別為a、b、和c，abc。一帶電的粒子射入電場中，其運(yùn)動軌跡如實(shí)線KLMN所示，由圖可知 （ ）A、 粒子從K到L的過程中，電場力做負(fù)功B、 粒子從L到M的過程中，電場力做負(fù)功C、 粒子從K到L的過程中，靜電勢能增加D、 粒子從L到M的過程中，動能減少例2、如圖所示，有三個質(zhì)量相等，分別帶正電，負(fù)電和不 帶電 的小球，從上、下帶電平行金屬板間的P點(diǎn).以相同速率垂直電場方向射入電場，它們分別落到A、B、C三點(diǎn)，則 （ ） （A） A帶正電、B不帶電、C帶負(fù)電（B） 三小球在電場中運(yùn)動時間相等（C） 在電場中加速度的關(guān)系是aC>aB>aA（D） 到達(dá)正極板時動能關(guān)系EA>EB>EC例3、如圖所示，帶負(fù)電的小球靜止在水平放置的平行板電容 器兩板間，距下板0.8 cm，兩板間的電勢差為300 V.如果兩板間電勢差減小到60 V，則帶電小球運(yùn)動到極板上需多長時間?例4、絕緣的半徑為R的光滑圓環(huán)，放在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套有一個質(zhì)量為m，帶電量為+q的小環(huán)，它們處在水平向右的勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度為E（如圖所示），小環(huán)從最高點(diǎn)A由靜止開始滑動，當(dāng)小環(huán)通過（1）與大環(huán)圓心等高的B點(diǎn)與（2）最低點(diǎn)C時，大環(huán)對它的彈力多大？方向如何？ 例5、如圖4所示，質(zhì)量為、帶電量為的小球從距地面高處以一定的初速度水平拋出，在距拋出水平距離為L處，有一根管口比小球直徑略大的豎直細(xì)管，管的上口距地面，為使小球能無碰撞地通過管子可在管口上方整個區(qū)域里加一場強(qiáng)方向向左的勻強(qiáng)電場。求：（1）小球的初速度；（2）電場強(qiáng)度E的大小；（3）小球落地時的動能。 練習(xí)1、如圖所示,有一質(zhì)量為m、帶電量為q的油滴,被置于豎直放置的兩平行金屬板間的勻強(qiáng)電場中,設(shè)油滴是從兩板中間位置,并以初速度為零進(jìn)入電場的,可以判定( ).(A)油滴在電場中做拋物線運(yùn)動(B)油滴在電場中做勻加速直線運(yùn)動(C)油滴打在極板上的運(yùn)動時間只決定于電場強(qiáng)度和兩板間距離(D)油滴打在極板上的運(yùn)動時間不僅決定于電場強(qiáng)度和兩板間距離,還決定于油滴的荷質(zhì)比2、 (01全國理科綜合)圖中所示是一個平行板電容器，其電容為C，帶電量為Q，上極板帶正電?，F(xiàn)將一個試探電荷q由兩極板間的A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，如圖所示。A、B兩點(diǎn)間的距離為s，連線AB與極板間的夾角為30°，則電場力對試探電荷q所做的功等于 ( C )A B C D3、（01上海）A、B兩點(diǎn)各放有電量為+Q和+2Q的點(diǎn)電荷，A、B、C、D四點(diǎn)在同一直線上，且AC=CD=DB。將一正電荷從C點(diǎn)沿直線移到D點(diǎn)，則 （ B ）A、 電場力一直做正功B、 電場力先做正功再做負(fù)功C、 電場力一直做負(fù)功D、電場力先做負(fù)功再做正功4、如圖所示，在光滑的水平面上有一個絕緣彈簧振子，小球帶負(fù)電，在振動過程中，當(dāng)彈簧壓縮到最短時，突然加上一個水平向左的勻強(qiáng)電場，A振子振幅增大B振子振幅減小C振子的平衡位置不變D振子的周期增大5、若帶正電荷的小球只受到電場力作用，則它在任意一段時間內(nèi) A一定沿電場線由高電勢處向低電勢處運(yùn)動B一定沿電場線由低電勢處向高電勢處運(yùn)動C不一定沿電場線運(yùn)動，但一定由高電勢處向低電勢處運(yùn)動D不一定沿電場線運(yùn)動，也不一定由高電勢處向低電勢處運(yùn)動6、如圖所示，兩平行金屬板a板對b板的電壓隨時間變化圖像如靜止釋放，已知在一個周 期內(nèi)電子沒有到達(dá)c面和d面，則以后到達(dá)c面或d面可能是：A向右運(yùn)動時通過c面B向左運(yùn)動時通過c面C向右運(yùn)動時通過d面D向左運(yùn)動時通過d面7、質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球，用一絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，開始時它在A、B之間來回擺動，OA、OB與豎直方向OC的夾角均為如圖1所示。求（1）如果當(dāng)它擺到B點(diǎn)時突然施加一豎直向上的、大小為的勻強(qiáng)電場，則此時線中拉力（2）如果這一電場是在小球從A點(diǎn)擺到最低點(diǎn)C時突然加上去的，則當(dāng)小球運(yùn)動到B點(diǎn)時線中的拉力8、一個質(zhì)量為m、帶有電荷-q的小物體，可在水平軌道Ox上運(yùn)動，O端有一與軌道垂直的固定墻、軌道處于勻強(qiáng)電場中，其場強(qiáng)大小為E,方向沿OX軸正方向,如圖所示。小物體以初速度v0從x0點(diǎn)沿OX軌道運(yùn)動，運(yùn)動時受到大小不變的摩擦力f作用，且fqE；設(shè)小物體與墻碰撞時不損失機(jī)械能，且電量保持不變，求它在停止運(yùn)動前所通過的總路程s。9、如圖3-2-11所示，在豎直平面內(nèi)，有一半徑為R的絕緣的光滑圓環(huán)，圓環(huán)處于場強(qiáng)大小為E，方向水平向右的勻強(qiáng)電場中，圓環(huán)上的A、C兩點(diǎn)處于同一水平面上，B、D分別為圓環(huán)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)M為圓環(huán)上的一點(diǎn)，MOA=45°環(huán)上穿著一個質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球，它正在圓環(huán)上做圓周運(yùn)動，已知電場力大小qE等于重力的大小mg，且小球經(jīng)過M點(diǎn)時球與環(huán)之間的相互作用力為零試確定小球經(jīng)過A、B、C、D點(diǎn)時的動能各是多少？ 10、如圖3（a）所示，真空室中電極K發(fā)出的電子（初速為零）。經(jīng)U=1000V的加速電場后，由小孔S沿兩水平金屬板A、B兩板間的中心線射入，A、B板長L=0.20m，相距d=0.020m，加在A、B兩板間的電壓U隨時間t變化ut圖線如圖3（b）。設(shè)A、B兩板間的電場可以看做是均勻的，且兩板外無電場。在每個電子通過電場區(qū)域的極短時間內(nèi)，電場可視作恒定的。兩板右側(cè)放一記錄圓筒，筒的左側(cè)邊緣與極板右端距離，筒繞其豎直軸勻速轉(zhuǎn)動，周期，筒的周長，筒能接收到通過A、B板的全部電子。答案 例1、AC 例2、AC 例3、解析：取帶電小球?yàn)檠芯繉ο?，設(shè)它帶電量為q，則帶電小球受重力mg和電場力qE的作用. 當(dāng)U1300 V時，小球平衡： 當(dāng)260 V時，帶電小球向下板做勻加速直線運(yùn)動： 又 由得： s=4.5×102 s例4、解：（1）小環(huán)由A到B的過程中，重力做正功（），電場力也做正功（），彈力不做功；根據(jù)動能定理（設(shè)通過B點(diǎn)時速度大小為） 小環(huán)通過B點(diǎn)的運(yùn)動方程為： 解方程和，可知小環(huán)通過B點(diǎn)時，大環(huán)對它的彈力指向環(huán)心O，大小為 （2）小環(huán)由A到C的過程中，電場力與彈力都不做功，只有重力做功，設(shè)通過C點(diǎn)時小環(huán)的速度大小為，根據(jù)動能定理： 小環(huán)通過C點(diǎn)時的運(yùn)動方程為 解方程和得：例5、（1）從拋出點(diǎn)到管口小球的運(yùn)動時間為，則。 水平方向做勻減速運(yùn)動，則有。 （2）在水平方向上應(yīng)用牛頓第二定律有。由運(yùn)動學(xué)公式知。由上二式。 （3）在全過程應(yīng)用動能定理得 小球落地時的動能。 練習(xí) 1、BD 2、C 3、B 4、B 5、D 6、C 7、解：（1）小球擺到B點(diǎn)時，速度為零，突然加上電場，小球受到電場力： 方向向上，小球受到的合力為零，小球?qū)⒃贐處靜止而達(dá)到平衡狀態(tài)。 （2）小球擺 到平衡位置C時，由機(jī)械能守恒定律： 得 ， 這時突然加上電場，電場力仍與重力平衡，小球?qū)⒆鰟蛩賵A周運(yùn)動，繩的拉力提供做圓周運(yùn)動的向心力。8、解：由于fqE，所以物體最后停在O點(diǎn)，物體停止運(yùn)動前所通過的總路程為s，根據(jù)動能定理有所以9、解根據(jù)牛頓第二定律當(dāng)小球從M點(diǎn)運(yùn)動到A點(diǎn)的過程中，電場力和重力做功分別為根據(jù)動能定理得：同理：10、解（1）以時（見圖b此時）電子打到圓筒記錄紙上的點(diǎn)作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，并取軸豎直向上，試計算電子打到記錄紙上的最高點(diǎn)的坐標(biāo)和坐標(biāo)（不計重力）。 （2）在給出的坐標(biāo)紙（如圖d）上定量地畫出電子打到記錄紙上的點(diǎn)形成的圖線。 析與解：本題是綜合性較強(qiáng)的一道高考壓軸題，可分為四個階段加速、偏轉(zhuǎn)、放大和掃描。而電子的加速、偏轉(zhuǎn)問題都是學(xué)生熟悉的，有新意的是該題把常見的固定的接收屏改為轉(zhuǎn)動的圓筒，加進(jìn)了掃描因素，構(gòu)成了一新的情境問題，對學(xué)生的能力、素質(zhì)提出了較高的要求。 （1）設(shè)為電子沿AB板中心線射入電場時的初速度則 （1） 電子穿過A、B板的時間為，則 （2） 電子在垂直于A、B板方向的運(yùn)動為勻加速直線運(yùn)動，對于能穿過A、B板的電子，在它通過時加在兩板間的應(yīng)滿足： （3） 由（1）、（2）、（3）解得 此電子從A、B板射出的沿Y方向分速度為： （4） 以后此電子作勻速直線運(yùn)動，它打在記錄紙上的點(diǎn)最高，設(shè)縱坐標(biāo)為y由圖（c）可得 （5） 由以上各式解得： （6） 由圖線可知，加在兩板電壓的周期，的最大值，因?yàn)?，在一個周期內(nèi)只有開始的一段時間間隔內(nèi)有電子通過A、B板 （7） 因?yàn)殡娮哟蛟谟涗浖埳系淖罡唿c(diǎn)不止一個，根據(jù)題中關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)與起始記錄時刻的規(guī)定，第一個最高點(diǎn)的坐標(biāo)為 （8） 第二個最高點(diǎn)的坐標(biāo)為 （9） 第三個最高點(diǎn)的坐標(biāo)為 由于記錄筒的周長為，所以第三個最高點(diǎn)已與第一個最高點(diǎn)重合，即電子打到記錄紙上的最高點(diǎn)只有兩個，它們的坐標(biāo)分別由（8）、（9）表示。（2）電子打到記錄紙上所形成的圖線如圖（d）。