（山東省專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 課時(shí)跟蹤檢測（九）帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)（含解析）新人教版選修3-1.doc

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課時(shí)跟蹤檢測（九）帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 1．密立根油滴實(shí)驗(yàn)原理如圖所示。兩塊水平放置的金屬板分別與電源的正負(fù)極相接，板間電壓為U，形成豎直向下場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場。用噴霧器從上板中間的小孔噴入大小、質(zhì)量和電荷量各不相同的油滴。通過顯微鏡可找到懸浮不動(dòng)的油滴，若此懸浮油滴的質(zhì)量為m，則下列說法正確的是(　　) A．懸浮油滴帶正電 B．懸浮油滴的電荷量為 C．增大場強(qiáng)，懸浮油滴將向上運(yùn)動(dòng) D．油滴的電荷量不一定是電子電量的整數(shù)倍 解析：選C　懸浮油滴受到電場力和重力的作用，且二力大小相等方向相反，由于電場的方向豎直向下，因此懸浮油滴帶負(fù)電，A錯(cuò)誤；由q＝mg知，q＝，B錯(cuò)誤；增大場強(qiáng)，懸浮油滴受到的電場力增大，懸浮油滴將向上運(yùn)動(dòng)，C正確；懸浮油滴所帶電荷量一定是電子電量的整數(shù)倍，D錯(cuò)誤。 2．如圖所示，兩平行金屬板豎直放置，板上A、B兩孔正好水平相對(duì)，板間電壓為500 V。一個(gè)動(dòng)能為400 eV的電子從A孔沿垂直金屬板方向射入電場中，經(jīng)過一段時(shí)間電子離開電場，若不考慮重力的影響，則電子離開電場時(shí)的動(dòng)能大小為(　　) A．900 eV　　　　　　　 B．500 eV C．400 eV D．－100 eV 解析：選C　電子從A向B運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場力對(duì)電子做負(fù)功，若當(dāng)電子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，克服電場力所做的功W＝qU＝500 eV>400 eV，因此電子不能到達(dá)B點(diǎn)，電子向右做減速運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)B之前速度變?yōu)榱悖缓蠓聪蜻\(yùn)動(dòng)，從A點(diǎn)離開電場，在整個(gè)過程中，電場力做功為零，由動(dòng)能定理可知，電子離開電場時(shí)的動(dòng)能：Ek＝400 eV，故C正確。 3.(2018浙江4月選考)一帶電粒子僅在電場力作用下從A點(diǎn)開始以－v0做直線運(yùn)動(dòng)，其v t圖象如圖所示。粒子在t0時(shí)刻運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，3t0時(shí)刻運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，下列判斷正確的是(　　) A．A、B、C三點(diǎn)的電勢關(guān)系為φB>φA>φC B．A、B、C三點(diǎn)的場強(qiáng)大小關(guān)系為EC>EB>EA C．粒子從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，電勢能先增加后減少 D．粒子從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，電場力先做正功后做負(fù)功 解析：選C　帶電粒子的帶電性不確定，無法判斷電勢的高低，A錯(cuò)。由題圖可知，帶電粒子從A點(diǎn)到B點(diǎn)過程中加速度越來越大，故電場強(qiáng)度EAφP>φN可知，負(fù)電荷在M點(diǎn)電勢能小于在N點(diǎn)的電勢能，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；正電荷從M點(diǎn)靜止釋放，在電場力的作用下運(yùn)動(dòng)，但是運(yùn)動(dòng)軌跡并不是沿著電場線，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 5．(2017江蘇高考)如圖所示，三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分別位于O、M、P點(diǎn)。由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)?，F(xiàn)將C板向右平移到P′點(diǎn)，則由O點(diǎn)靜止釋放的電子(　　) A．運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回 B．運(yùn)動(dòng)到P和P′點(diǎn)之間返回 C．運(yùn)動(dòng)到P′點(diǎn)返回 D．穿過P′點(diǎn) 解析：選A　電子在A、B板間的電場中加速運(yùn)動(dòng)，在B、C板間的電場中減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)A、B板間的電壓為U，B、C板間的電場強(qiáng)度為E，M、P兩點(diǎn)間的距離為d，則有eU－eEd＝0，若將C板向右平移到P′點(diǎn)，B、C兩板所帶電荷量不變，由E＝＝＝可知，C板向右平移到P′時(shí)，B、C兩板間的電場強(qiáng)度不變，由此可以判斷，電子在A、B板間加速運(yùn)動(dòng)后，在B、C板間減速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)P點(diǎn)時(shí)速度為零，然后返回，A項(xiàng)正確，B、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。 6．一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子以平行于兩極板的速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場，如圖所示。如果兩極板間電壓為U，兩極板間的距離為d、板長為L。設(shè)粒子緊貼上極板邊緣飛出電場，求粒子從進(jìn)入電場到飛出電場電勢能的變化量。(粒子的重力忽略不計(jì)) 解析：兩極板間的電場強(qiáng)度E＝ 帶電粒子沿電場力方向的位移y＝ 則電場力做正功W＝qEy＝ 由功能原理得電勢能減少了。 答案：電勢能減少了 7．[多選]如圖所示，三個(gè)質(zhì)量相同，帶電荷量分別為＋q、－q和0的小液滴a、b、c，從豎直放置的兩板中間上方由靜止釋放，最后從兩板間穿過，軌跡如圖所示，則在穿過極板的過程中(　　) A．電場力對(duì)液滴a、b做的功相同 B．三者動(dòng)能的增量相同 C．液滴a與液滴b電勢能的變化量相等 D．重力對(duì)c做的功最多 解析：選AC　因?yàn)橐旱蝍、b的電荷量大小相等，則液滴所受的電場力大小相等，由靜止釋放，兩粒子的運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱性，則水平位移大小相等，電場力做功相等，故A正確；電場力對(duì)a、b兩液滴做功相等，重力做功相等，則動(dòng)能的增量相等，對(duì)于c液滴，只有重力做功，小于a、b動(dòng)能的增量，故B錯(cuò)誤；對(duì)于液滴a和液滴b，電場力均做正功，電場力所做的功等于電勢能的變化量，故C正確；三者在穿過極板的過程中豎直方向的位移相等，三者質(zhì)量相同，所以重力做功相等，故D錯(cuò)誤。 8．如圖所示，AMB是一條長L＝10 m的絕緣水平軌道，固定在離水平地面高h(yuǎn)＝1.25 m處，A、B為端點(diǎn)，M為中點(diǎn)。軌道MB處在方向豎直向上、大小E＝5103 N/C的勻強(qiáng)電場中。一質(zhì)量m＝0.1 kg、電荷量q＝＋1.310－4 C的可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊以初速度v0＝6 m/s在軌道上自A點(diǎn)開始向右運(yùn)動(dòng)，經(jīng)M點(diǎn)進(jìn)入電場，從B點(diǎn)離開電場。已知滑塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，求滑塊： (1)到達(dá)M點(diǎn)時(shí)的速度大?。? (2)從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所用的時(shí)間。 解析：(1)滑塊在AM段的加速度大小為 a1＝＝＝2 m/s2 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得vM2－v02＝2(－a1) 代入數(shù)據(jù)解得vM＝4 m/s。 (2)滑塊在MB段的加速度大小為 a2＝＝0.7 m/s2， 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得＝vMt1－a2t12， 代入數(shù)據(jù)解得t1＝ s。 答案：(1)4 m/s　(2) s 9．(2017全國卷Ⅰ)真空中存在電場強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場，一帶電油滴在該電場中豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度大小為v0。在油滴處于位置A時(shí)，將電場強(qiáng)度的大小突然增大到某值，但保持其方向不變。持續(xù)一段時(shí)間t1后，又突然將電場反向，但保持其大小不變；再持續(xù)同樣一段時(shí)間后，油滴運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)。重力加速度大小為g。 (1)求油滴運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度； (2)求增大后的電場強(qiáng)度的大??；為保證后來的電場強(qiáng)度比原來的大，試給出相應(yīng)的t1和v0應(yīng)滿足的條件。已知不存在電場時(shí)，油滴以初速度v0做豎直上拋運(yùn)動(dòng)的最大高度恰好等于B、A兩點(diǎn)間距離的兩倍。 解析：(1)設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為m和q，油滴速度方向向上為正。油滴在電場強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故勻強(qiáng)電場方向向上。 在t＝0時(shí)，電場強(qiáng)度突然從E1增加至E2時(shí)，油滴做豎直向上的勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上，大小a1滿足 qE2－mg＝ma1① 油滴在時(shí)刻t1的速度為 v1＝v0＋a1t1② 電場強(qiáng)度在時(shí)刻t1突然反向，油滴做勻變速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向下，大小a2滿足 qE2＋mg＝ma2③ 油滴在時(shí)刻t2＝2t1的速度為 v2＝v1－a2t1④ 由①②③④式得 v2＝v0－2gt1⑤ (2)由題意，在t＝0時(shí)刻前有 qE1＝mg⑥ 油滴從t＝0到時(shí)刻t1的位移為 s1＝v0t1＋a1t12⑦ 油滴在從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2＝2t1的時(shí)間間隔內(nèi)的位移為 s2＝v1t1－a2t12⑧ 由題給條件有 v02＝2g(2h)⑨ 式中h是B、A兩點(diǎn)之間的距離。 若B點(diǎn)在A點(diǎn)之上，依題意有 s1＋s2＝h⑩ 由①②③⑥⑦⑧⑨⑩式得 E2＝E1? 為使E2>E1，應(yīng)有 2－2＋2>1? 即當(dāng)0? 才是可能的；條件?式和?式分別對(duì)應(yīng)于v2>0和v2<0兩種情形。 若B點(diǎn)在A點(diǎn)之下，依題意有 s1＋s2＝－h(huán)? 由①②③⑥⑦⑧⑨?式得 E2＝E1? 為使E2>E1，應(yīng)有 2－2－2>1? 即t1>? 另一解為負(fù)，不合題意，已舍去。 答案：(1)v0－2gt1　(2)見解析