高一物理 电学专题提升 专题09 带电粒子在电场中的直线运动

专题09 带电粒子在电场中的直线运动一：专题概述1. 带电粒子在电场中的运动综合了静电场和力学的知识,分析方法和力学的分析方法基本相同:先分析受力情况,再分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速、直线还是曲线),然后选用恰当的规律解题.解决这类问题的基本方法是:(1) 采用运动和力的观点,即牛顿第二定律和运动学知识求解.(2) 用能量转化的观点,即用动能定理和功能关系求解.2. 对带电粒子进行受力分析时应注意的问题(1) 要掌握电场力的特点.电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关,还跟带电粒子的电性和电荷量有关.在匀强电场中,同一带电粒子所受电场力处处是恒力;在非匀强电场中,同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同.(2) 是否考虑重力要依据情况而定.基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等除有特殊说明或明确的暗示外,一般不考虑重力(但不能忽略质量).带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有特殊说明或明确的暗示外,一般都不能忽略重力.二：典例精讲1带电粒子在恒定电场中的直线运动典例1：如图所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子（ ）A. 所受重力与电场力平衡 B. 电势能逐渐增加C. 动能逐渐增加 D. 做匀变速直线运动【答案】CD2带电粒子在电场中做往复的直线运动典例2：如图所示，从F处释放一个无初速的电子向B极方向运动，指出下列对电子运动的描述中哪些是正确的（设电源电压为U） （）A. 电子到达B板时的动能是eUB. 电子从B板到达C板动能变化量为零C. 电子到达D板时动能是3eVD. 电子在A板和D板之间做往复运动【答案】ABD三 总结提升1.带电粒子在电场中的加速带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场，带电粒子将做加(减)速运动有两种分析方法：(1)用动力学观点分析：a，E，v2v2ad.(2)用功能观点分析：粒子只受电场力作用，电场力做的功等于物体动能的变化，qUmv2mv.2.带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法四 提升专练1.(多选)如图所示，在真空中A、B两块平行金属板竖直放置并接入电路调节滑动变阻器，使A、B两板间的电压为U时，一质量为m、电荷量为q的带电粒子，以初速度v0从A板上的中心小孔沿垂直两板的方向射入电场中，恰从A、B两板的中点处沿原路返回(不计重力)，则下列说法正确的是A. 使初速度变为2v0时，带电粒子将从B板中心小孔射出B. 使初速度变为2v0时，带电粒子恰能到达B板C. 使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时，带电粒子恰能到达B板D. 使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时，带电粒子将从B板中心小孔射出【答案】AC2.如图所示,两平行金属板竖直放置,板上A、B两孔正好水平相对,板间电压500 V。一个动能为400 eV的电子从A孔沿垂直板方向射入电场中,经过一段时间电子离开电场,则电子离开电场时的动能大小为()A. 900 eV B. 500 eVC. 400 eV D. 100 eV【答案】C【解析】电子从A向B运动时，电场力对电子做负功，若当电子到达B点时，克服电场力所做的功W=qU=500eV400eV，因此电子不能到达B点，电子向右做减速运动，在到达B之前速度变为零，然后反向运动，从A点离开磁场，在整个过程中，电场力做功为零，由动能定理可知，电子离开电场时的动能：EK=400eV，故D正确；故选C.3.如图所示，三块平行放置的带电金属薄板、中央各有一小孔，小孔分别位于、点由点静止释放的电子恰好能运动到点现将板向右平移到点，则由点静止释放的电子A. 运动到点返回 B. 运动到和点之间返回C. 运动到点返回 D. 穿过点【答案】A4.(多选)如图所示，带电平行金属板A，B，板间的电势差为U，A板带正电，B板中央有一小孔一带正电的微粒，带电量为q，质量为m，自孔的正上方距板高h处自由落下，若微粒恰能落至A，B板的正中央c点，则A. 微粒在下落过程中动能逐渐增加，重力势能逐渐减小B. 微粒下落过程中重力做功为mg(h+d/2)，电场力做功为-Uq/2C. 微粒落入电场中，电势能逐渐增大，其增量为Uq/2D. 若微粒从距B板高2h处自由下落，则恰好能达到A板【答案】BCD【解析】由带电粒子运动到c点速度减小到零可知动能先增大后减小，A错；粒子下落高度为，重力做功为，电场力做负功，大小为qU，B对；由功能关系可知克服电场力做了多少功，电势能就增大多少，所以C对；若微粒从距B板高2h处自由下落，假设能够到达A点，重力做功，克服电场力做功qU，由动能定理可知D对；5.如图所示,带有等量异种电荷的两个相同金属圆环相距一段距离固定放置,两环平面垂直纸面、水平虚线是两环圆心的连线,离环无穷远处有一个带正电的粒子,沿连线方向对着圆环圆心射去.取无穷远处的电势为零,不计重力.已知带电粒子初速度为v0时恰好可以穿过两个圆环飞向另一侧,则当初速度方向不变,大小为2v0时,带电粒子在穿过两个圆环飞向另一侧的过程中()A. 先加速运动再减速运动B. 先减速运动再加速运动C. 运动的最小速度为v0D. 运动的最大速度为v0【答案】CD在O2点电势最低，设为-m，由能量关系可知，在O1点处的动能最小；在O2点动能最大；根据题意得： mv02qm，当速度为2v0时： ，联立解得 ； 故选项CD正确；故选CD.6.如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板。质量为m、电荷量为q的带负电的粒子(不计重力)以初速度v0由小孔水平射入电场，当M、N间的电压为U时，粒子刚好能到达N板。如果要使这个带电粒子到达M、N两板中线位置处即返回，则下述措施能满足要求的是A. 使初速度减小为原来的B. 使M、N间的电压提高到原来的4倍C. 使M、N间的电压加倍D. 使初速度减小为原来的，同时M、N间的电压加倍【答案】C同理，若电压提高到原来的2倍，则场强也变为原来的2倍，设带电粒子离开M板的最远距离为x2，根据动能定理有：，解得：，故C正确；若初速度减少一半，电压加倍，则场强加倍，设带电粒子离开M板的最远距离为x3，根据动能定理有：，解得：，故D错误。所以C正确，ABD错误。7.(多选)如图所示，A、B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一小孔M和N今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落（P、M、N在同一竖直线上），空气阻力忽略不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回若保持两极板间的电压不变，则（ ）A. 把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回B. 把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落C. 把B板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回D. 把B板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落【答案】ACD8如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图,两块水平放置的金属板间距为d.油滴从喷雾器的喷嘴喷出时,由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中,在重力作用下,少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间。当平行金属板间不加电压时,由于受到气体阻力的作用,油滴最终以速度v1竖直向下匀速运动;当上板带正电,下板带负电,两板间的电压为U时,带电油滴恰好能以速度v2竖直向上匀速运动。已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比,油滴密度为,已测量出油滴的直径为D(油滴可看做球体,球体体积公式V=D3/6)，重力加速度为g.(1)设油滴受到气体的阻力f=kv，其中k为阻力系数，k= _；(2)油滴所带电荷量q= _。【答案】 （2）设油滴所带电荷量为q，油滴受到的电场力qE=q，油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡，kv2+mg=q则油滴所带电荷量9如图所示，两个带电滑块甲和乙系于一根绝缘细绳的两端，放在一个光滑的绝缘平面上，整体置于方向水平向右、大小为N/C的匀强电场中，甲的质量为kg，带电荷量为C，乙的质量为kg，带电荷量为C。开始时细绳处于拉直状态。由静止释放两滑块，t=3s时细绳断裂，不计滑块间的库仑力。试求：（1）细绳断裂前，两滑块的加速度；（2）由静止开始释放后的整个运动过程中，乙的电势能增量的最大值；【答案】（1）（2）10.如图所示,相距为的平行金属板A、B竖直放置,在两板之间水平放置一绝缘平板,有一质量、电荷量的小物块在与金属板A相距处静止。若某一时刻在金属板A、B间加一电压,小物块与金属板只发生了一次碰撞,碰撞后电荷量变为并以与碰前大小相等的速度反方向弹回。已知小物块与绝缘平板间的动摩擦因数为,若不计小物块电荷量对电场的影响和碰撞时间,则: （1）小物块与金属板碰撞前瞬间的速度大小是多少?（2）小物块碰撞后经过多长时间停止运动?停在何位置?【答案】(1) (2) 【解析】 (1)加电压后,B极电势高于A板,小物块在电场力与摩擦力共同作用下向A板做匀加速直线运动.电场强度为 ;小物块所受的电场力与摩擦力方向相反,则合外力为F合=qE-mg;故小物块运动的加