2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 靜電場(chǎng) 課時(shí)規(guī)范練25 帶電粒子在電場(chǎng)中的綜合問(wèn)題 新人教版.doc

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課時(shí)規(guī)范練25　帶電粒子在電場(chǎng)中的綜合問(wèn)題 基礎(chǔ)鞏固組 1.(帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))(2017甘肅蘭州七里河區(qū)期中)將如圖所示的交流電壓加在平行板電容器A、B兩板上,開始B板電勢(shì)比A板電勢(shì)高,這時(shí)有一個(gè)原來(lái)靜止的電子正處在兩板的中間,它在電場(chǎng)力作用下開始運(yùn)動(dòng),設(shè)A、B兩極板間的距離足夠大,下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.電子一直向著A板運(yùn)動(dòng) B.電子一直向著B板運(yùn)動(dòng) C.電子先向A板運(yùn)動(dòng),然后返回向B板運(yùn)動(dòng),之后在A、B兩板間做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng) D.電子先向B板運(yùn)動(dòng),然后返回向A板運(yùn)動(dòng),之后在A、B兩板間做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng) 答案D 解析根據(jù)交流電壓的變化規(guī)律,作出電子的加速度a、速度v隨時(shí)間變化的圖線,如圖甲、乙。從圖中可知,電子在第一個(gè)T4內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),第二個(gè)T4內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng),在這半周期內(nèi),因初始B板電勢(shì)比A板電勢(shì)高,所以電子向B板運(yùn)動(dòng),加速度大小為eUmd。在第三個(gè)T4內(nèi)電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng),第四個(gè)T4內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng),但在這半周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向與前半周期相反,向A板運(yùn)動(dòng),加速度大小為eUmd。所以電子在交變電場(chǎng)中將以t=T4時(shí)刻所在位置為平衡位置做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng),綜上分析選項(xiàng)D正確。 2.(多選)(2017河北唐山模擬)粗糙絕緣的水平桌面上,有兩塊豎直平行相對(duì)而立的金屬板A、B。板間桌面上靜止著帶正電的物塊,如圖甲所示,當(dāng)兩金屬板加圖乙所示的交流電壓時(shí),設(shè)t1時(shí)刻物塊開始運(yùn)動(dòng)(最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力可認(rèn)為相等),則 (　　) A.在0~t1時(shí)間內(nèi),物塊受到逐漸增大的摩擦力,方向水平向左 B.在t1~t3時(shí)間內(nèi),物塊受到的摩擦力先逐漸增大,后逐漸減小 C.t3時(shí)刻物塊的速度最大 D.t4時(shí)刻物塊的速度最大 答案AC 解析在0~t1時(shí)間內(nèi),電場(chǎng)力小于最大靜摩擦力,物塊靜止,靜摩擦力與電場(chǎng)力大小相等,即Ff=qE=qUd,隨電壓增大,摩擦力增大,但是正電荷所受電場(chǎng)力與電場(chǎng)同向,均向右,所以摩擦力方向水平向左,選項(xiàng)A正確;在t1~t3時(shí)間內(nèi),電場(chǎng)力大于最大靜摩擦力,物塊一直加速運(yùn)動(dòng),摩擦力為滑動(dòng)摩擦力,由于正壓力即是物塊的重力,所以摩擦力不變,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;t3到t4階段,電場(chǎng)力小于摩擦力,但物塊仍在運(yùn)動(dòng)且為減速運(yùn)動(dòng),故t3時(shí)刻速度最大,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。?導(dǎo)學(xué)號(hào)06400334? 3. (帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))(2017貴州安順平壩縣月考)平行板間加如圖所示的周期性變化的電壓,重力不計(jì)的帶電粒子靜止在平行板中央,從t=T2時(shí)刻開始將其釋放,運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)碰板情況,則能定性描述粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象的是(　　) 答案A 解析每半個(gè)周期兩板間的電壓恒定,板間電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng),粒子所受電場(chǎng)力恒定,因此粒子從T2時(shí)刻開始在電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng),在T時(shí)刻電場(chǎng)反向,電場(chǎng)力大小不變,粒子做勻減速直線運(yùn)動(dòng),在32T時(shí)刻速度減為零,以后循環(huán)此過(guò)程。 4. (多選)(應(yīng)用動(dòng)力學(xué)知識(shí)和功能關(guān)系解決力電綜合問(wèn)題)如圖所示,光滑的水平軌道AB與半徑為R的光滑的半圓形軌道BCD相切于B點(diǎn),AB水平軌道部分存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),半圓形軌道在豎直平面內(nèi),B為最低點(diǎn),D為最高點(diǎn)。一質(zhì)量為m、帶正電的小球從距B點(diǎn)x的位置在電場(chǎng)力的作用下由靜止開始沿AB向右運(yùn)動(dòng),恰能通過(guò)最高點(diǎn),則(　　) A.R越大,x越大 B.R越大,小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)后瞬間對(duì)軌道的壓力越大 C.m越大,x越大 D.m與R同時(shí)增大,電場(chǎng)力做功增大 答案ACD 解析小球在BCD做圓周運(yùn)動(dòng),在D點(diǎn),mg=mvD2R,小球由B到D的過(guò)程中有-2mgR=12mvD2-12mvB2,解得vB=5gR,R越大,小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度越大,則x越大,選項(xiàng)A正確;在B點(diǎn)有FN-mg=mvB2R,解得FN=6mg,與R無(wú)關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由Eqx=12mvB2,知m、R越大,小球在B點(diǎn)的動(dòng)能越大,則x越大,電場(chǎng)力做功越多,選項(xiàng)C、D正確。 5. (“等效法”處理帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))如圖所示,絕緣光滑軌道AB部分是傾角為30的斜面,AC部分為豎直平面上半徑為R的圓軌道,斜面與圓軌道相切。整個(gè)裝置處于電場(chǎng)強(qiáng)度為E、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中?，F(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電小球,電荷量為q=3mg3E,要使小球能安全通過(guò)圓軌道,在O點(diǎn)的初速度應(yīng)滿足什么條件? 答案v≥103gR3 解析 小球先在斜面上運(yùn)動(dòng),受重力、電場(chǎng)力、支持力,然后在圓軌道上運(yùn)動(dòng),受重力、電場(chǎng)力、軌道作用力,如圖所示,類比重力場(chǎng),將電場(chǎng)力與重力的合力視為等效重力mg,大小為mg=(qE)2+(mg)2=23mg3,tan θ=qEmg=33,得θ=30,等效重力的方向與斜面垂直指向右下方,小球在斜面上勻速運(yùn)動(dòng)。因要使小球能安全通過(guò)圓軌道,在圓軌道的“等效最高點(diǎn)”(D點(diǎn))滿足“等效重力”剛好提供向心力,即有:mg=mvD2R,因θ=30與斜面的傾角相等,由幾何關(guān)系知AD=2R,令小球以最小初速度v0運(yùn)動(dòng),由動(dòng)能定理知:-2mgR=12mvD2-12v02,解得v0=103gR3,因此要使小球安全通過(guò)圓軌道,初速度應(yīng)滿足v≥103gR3。?導(dǎo)學(xué)號(hào)06400335? 能力提升組 6.(2017海南文昌期末)如圖甲所示,在真空中足夠大的絕緣水平地面上,一個(gè)質(zhì)量為m=0.2 kg,電荷量為q=2.010-6 C的小物塊處于靜止?fàn)顟B(tài),小物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1。從t=0時(shí)刻開始,空間加上一個(gè)如圖乙所示的電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向呈周期性變化的電場(chǎng)(取水平向右為正方向,g取10 m/s2),求: (1)23 s內(nèi)小物塊的位移大小; (2)23 s內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)小物塊所做的功。 答案(1)47 m　(2)9.8 J 解析(1)0~2 s內(nèi)小物塊的加速度為a1 由牛頓第二定律得E1q-μmg=ma1,即a1=E1q-μmgm=2 m/s2, 位移x1=12a1t12=4 m 2 s末的速度為v2=a1t1=4 m/s 2~4 s內(nèi)小物塊的加速度為a2,由牛頓第二定律得E2q-μmg=ma2 即a2=E2q-μmgm=-2 m/s2 位移的大小x2=x1=4 m,4 s末小物塊的速度為v4=0 因此小物塊做周期為4 s的勻加速和勻減速運(yùn)動(dòng) 第22 s末的速度為v22=4 m/s,第23 s末的速度v23=v22+a2t=2 m/s(t=23 s-22 s=1 s) 所求位移為x=222x1+v22+v232t=47 m。 (2)23 s內(nèi),設(shè)電場(chǎng)力對(duì)小物塊所做的功為W,由動(dòng)能定理得 W-μmgx=12mv232 解得W=9.8 J。 7.(2017河南洛陽(yáng)名校聯(lián)考)在電場(chǎng)方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一帶電小球從A點(diǎn)豎直向上拋出,其運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示。小球運(yùn)動(dòng)的軌跡上A、B兩點(diǎn)在同一水平線上,M為軌跡的最高點(diǎn)。小球拋出時(shí)的動(dòng)能為8.0 J,在M點(diǎn)的動(dòng)能為6.0 J,不計(jì)空氣的阻力。求: (1)小球水平位移x1與x2的比值; (2)小球落到B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能EkB; (3)小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中最小動(dòng)能Ekmin。 答案(1)1∶3　(2)32 J　(3)247 J 解析(1)如圖所示,帶電小球在水平方向上受電場(chǎng)力的作用做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),豎直方向上只受重力作用做豎直上拋運(yùn)動(dòng),故從A到M和M到B的時(shí)間相等,則x1∶x2=1∶3。 (2)小球從A到M,水平方向上電場(chǎng)力做功W電=6 J,則由能量守恒可知,小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為EkB=Ek0+4W電=32 J。 (3)由于合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性,設(shè)小球所受的電場(chǎng)力為F,重力為G,則有 Fx=6JGh=8J?12F2mt2=6J12G2mt2=8J?FG=32 由圖可知,tan θ=FG=32?sin θ=37 則小球從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中速度最小時(shí)速度一定與等效重力G垂直,故Ekmin=12m(v0sin θ)2=247 J。?導(dǎo)學(xué)號(hào)06400336? 8.中國(guó)科學(xué)家2015年10月宣布中國(guó)將在2020年開始建造世界上最大的粒子加速器。加速器是人類揭示物質(zhì)本源的關(guān)鍵設(shè)備,在放射治療、食品安全、材料科學(xué)等方面有廣泛應(yīng)用。 如圖所示,某直線加速器由沿軸線分布的一系列金屬圓管(漂移管)組成。相鄰漂移管分別接在高頻脈沖電源的兩極。質(zhì)子從K點(diǎn)沿軸線進(jìn)入加速器并依次向右穿過(guò)各漂移管,在漂移管內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),在漂移管間被電場(chǎng)加速,加速電壓視為不變。設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管B時(shí)速度為8106 m/s,進(jìn)入漂移管E時(shí)速度為1107 m/s,電源頻率為1107 Hz,漂移管間縫隙很小,質(zhì)子在每個(gè)管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間視為電源周期的12,質(zhì)子的荷質(zhì)比取1108 C/kg。求: (1)漂移管B的長(zhǎng)度; (2)相鄰漂移管間的加速電壓。 答案(1)0.4 m　(2)6104 V 解析(1)設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管B的速度為vB,電源頻率、周期分別為f、T。漂移管B的長(zhǎng)度為L(zhǎng),則 T=1f ① L=vBT2 ② 聯(lián)立①②式并代入數(shù)據(jù)得L=0.4 m③ (2)設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管E的速度為vE,相鄰漂移管間的加速電壓為U,電場(chǎng)對(duì)質(zhì)子所做的功為W,質(zhì)子從漂移管B運(yùn)動(dòng)到E電場(chǎng)做功W,質(zhì)子的電荷量為q、質(zhì)量為m,則 W=qU ④ W=3W ⑤ W=12mvE2-12mvB2 ⑥ 聯(lián)立④⑤⑥式并代入數(shù)據(jù)得 U=6104 V⑦ 9.如圖所示,在粗糙水平面內(nèi)存在著2n個(gè)有理想邊界的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū),水平向右的電場(chǎng)和豎直向上的電場(chǎng)相互間隔,每一電場(chǎng)區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度的大小均為E,且E=mgq,電場(chǎng)寬度均為d,一個(gè)質(zhì)量為m、帶正電的電荷量為q的物體(看作質(zhì)點(diǎn)),從第一個(gè)向右的電場(chǎng)區(qū)域的邊緣由靜止進(jìn)入電場(chǎng),該物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,則物體從開始運(yùn)動(dòng)到離開第2n個(gè)電場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,求: (1)電場(chǎng)力對(duì)物體所做的總功和摩擦力對(duì)物體所做的總功; (2)物體在第2n個(gè)電場(chǎng)(豎直向上的)區(qū)域中所經(jīng)歷的時(shí)間; (3)物體在所有水平向右的電場(chǎng)區(qū)域中所經(jīng)歷的總時(shí)間。 答案(1)nmgd　-nμmgd　(2)d2n(1-μ)g (3)2ndg(1-μ) 解析(1)電場(chǎng)力對(duì)物體所做的總功W電=nEqd=nmgd 摩擦力對(duì)物體所做的總功Wf=-nμmgd。 (2)W電+Wf=12mv2 解得v=2n(1-μ)gd 物體在第2n個(gè)電場(chǎng)中,電場(chǎng)力豎直向上等于豎直向下的重力,所以物體勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=dv=d2n(1-μ)g。 (3)若將物體在水平向右的加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)連起來(lái),物體的運(yùn)動(dòng)可以看成初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng), nd=12Eq-μmgmt2 nd=12mg-μmgmt2 t=2ndg(1-μ)。