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1、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(gè)等勢面,它們的電勢分別為φa、φb、和φc,φa﹥φb﹥φc。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(gè)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
2、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(shí)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(shí)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(shí)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(gè)質(zhì)量為m,帶電量為+q的小環(huán),它們處
3、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(shí),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(gè)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?。唬?)小球落地時(shí)的動能。
4、
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(shí)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(shí)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(gè)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(gè)試探電荷q由兩極
5、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. D.
3、(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(gè)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(shí)
6、,突然加上一個(gè)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(shí)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(shí)間變化圖像如靜止釋放,已知在一個(gè)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(shí)通過c面
B.向左運(yùn)動時(shí)通
7、過c面
C.向右運(yùn)動時(shí)通過d面
D.向左運(yùn)動時(shí)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(shí)它在A、B之間來回?cái)[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(shí)突然施加一豎直向上的、大小為的勻強(qiáng)電場,則此時(shí)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(shí)突然加上去的,則當(dāng)小球運(yùn)動到B點(diǎn)時(shí)線中的拉力
8、一個(gè)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(shí)受到大小不變
8、的摩擦力f作用,且f<qE;設(shè)小物體與墻碰撞時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)的動能各是多少?
9、
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(shí)間t變化u—t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(gè)電子通過電場區(qū)域的極短時(shí)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螅O(shè)它帶電量為
10、q,則帶電小球受重力mg和電場力qE的作用. 當(dāng)U1=300 V時(shí),小球平衡: ①
當(dāng)U2=60 V時(shí),帶電小球向下板做勻加速直線運(yùn)動: ②
又 ③
由①②③得:
s=4.5×10-2 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(shí)速度大小為)
①
小環(huán)通過B點(diǎn)的運(yùn)動方程為:②
解方程①和②,可知小環(huán)通過B點(diǎn)時(shí),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(shí)小環(huán)的速度大小為
11、,根據(jù)動能定理:
③
小環(huán)通過C點(diǎn)時(shí)的運(yùn)動方程為
④
解方程③和④得:
例5、(1)從拋出點(diǎn)到管口小球的運(yùn)動時(shí)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(shí)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(shí),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
12、達(dá)到平衡狀態(tài)。。
(2)小球擺 到平衡位置C時(shí),由機(jī)械能守恒定律:
得 ,
這時(shí)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f<qE,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(shí)(見圖b此時(shí))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(jì)算電子打到記錄紙上的最高點(diǎn)的坐標(biāo)和坐標(biāo)(不計(jì)重力
13、)。
(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(gè)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(shí)的初速度則
(1)
電子穿過A、B板的時(shí)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
14、通過時(shí)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)椋谝粋€(gè)周期內(nèi)只有開始的一段時(shí)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(gè),根據(jù)題中關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)與起始記錄時(shí)刻的規(guī)定,第一個(gè)最高點(diǎn)的坐標(biāo)為
(8)
第二個(gè)最高點(diǎn)的坐標(biāo)為
(9)
第三個(gè)最高點(diǎn)的坐標(biāo)為
由于記錄筒的周長為,所以第三個(gè)最高點(diǎn)已與第一個(gè)最高點(diǎn)重合,即電子打到記錄紙上的最高點(diǎn)只有兩個(gè),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)。