高考物理一轮复习 专题33 带电粒子在电场中的运动综合问题分析（测）（含解析）.doc

专题33 带电粒子在电场中的运动综合问题分析【满分：110分 时间：90分钟】一、选择题(本大题共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中. 18题只有一项符合题目要求； 912题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)1如图所示两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a点处从静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态。现将两板绕过a点的轴（垂直于纸面）逆时针旋转45，再由a点从静止释放一同样的微粒，则该微粒将： （ ）a保持静止状态 b向左上方做匀加速运动c向正下方做匀加速运动 d向左下方做匀加速运动【答案】d 2如图所示，倾斜放置的平行板电容器两极板与水平面夹角为 ，极板间距为d，带负电的微粒质量为m、带电量为q，从极板m的左边缘a处以初速度v0水平射入，沿直线运动并从极板n的右边缘b处射出，则： （ ）a微粒达到b点时动能为b微粒的加速度大小等于 c微粒从a点到b点的过程电势能减少d两极板的电势差【答案】d【名师点睛】微粒在电场中受到重力和电场力，而做直线运动，电场力与重力的合力必定平沿直线做匀减速直线运动，微粒的加速度可有牛顿运动定律求出根据能量守恒研究微粒电势能的变化由，求解电势差；本题是带电粒子在电场中运动的问题，关键是分析受力情况，判断出电场力方向。3如图所示，半径r=0.5 m的1/4圆弧接收屏位于电场强度方向竖直向下的匀强电场中，ob水平，一质量为m=10-6kg，带电荷量为q=8.010-6 c的粒子从与圆弧圆心o等高且距o点0.3m的a点以初速度v0=m/s 水平射出，粒子重力不计，粒子恰好能垂直打到圆弧曲面上的c点(图中未画出)，取c点电势为0，则： （ ） a该匀强电场的电场强度e=105 v/m b粒子在a点的电势能ep=810-5 jc粒子到达c点的速度大小为 m/s d粒子速率为400m/s时的电势能为ep=4.510-4j 【答案】c【名师点睛】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 线或曲线），然后选用恰当的规律解题解决这类问题的基本方法有两种，第一种利用力和运动的观点，选用牛顿第二定律和运动学公式求解；第二种利用能量转化 的观点，选用动能定理和功能关系求解4如图所示，半径r=0.5 m的1/4圆弧接收屏位于电场强度方向竖直向下的匀强电场中，ob水平，一质量为m=10-6kg，带电荷量为q=8.010-6 c的粒子从与圆弧圆心o等高且距o点0.3m的a点以初速度v0=m/s 水平射出，粒子重力不计，粒子恰好能垂直打到圆弧曲面上的c点(图中未画出)，取c点电势为0，则： （ ） a该匀强电场的电场强度e=105 v/m b粒子在a点的电势能ep=810-5 jc粒子到达c点的速度大小为 m/s d粒子速率为400m/s时的电势能为ep=4.510-4j 【答案】c【名师点睛】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 线或曲线），然后选用恰当的规律解题解决这类问题的基本方法有两种，第一种利用力和运动的观点，选用牛顿第二定律和运动学公式求解；第二种利用能量转化 的观点，选用动能定理和功能关系求解5质量为m的物块，带电荷量为q，开始时使其静止在倾角60的固定光滑绝缘斜面顶端，整个装置放在水平向左、场强大小为的匀强电场中，如图所示。斜面高为h，释放物块后，物块落地时的速度大小为： （ ）e h a b c d【答案】b【名师点睛】此题是动能定理的应用问题；解题时了解研究对象的运动过程是解决问题的前提，根据题目已知条件和求解的物理量选择物理规律解决问题要注意物体的运动是由所受到的力和初状态决定的；这个题目的易错点是容易认为物块沿着斜面下滑。6如（a）图所示的两平行金属板p、q加上（b）图所示电压，t=0时，q板电势比p高5v，在板正中央m点放一质子，初速度为零，质子只受电场力而运动，且不会碰到金属板，这个质子处于m点右侧，速度向左，且速度逐渐减小的时间段是： （ ） a. b. c. d. 【答案】d【解析】在0t210-10s时间内，q板比p板电势高5v，方向水平向左，所以电子所受电场力方向向右，加速度方向也向右，所以电子从m点向右做匀加速直线运动；在210-10st410-10s时间内，q板比p板电势低5v，电场强度方向水平向右，所以电子所受电场力方向向左，加速度方向也向左，所以电子向右做匀减速直线运动，当t=410-10s时速度为零，此时电子在m点的右侧；在410-10st610-10s时间内，q板比p板电势低5v，电场强度方向水平向右，所以电子所受电场力方向向左，加速度方向也向左，所以电子向左做匀加速直线运动；在610-10st810-10s时间内，q板比p板电势高5v，电场强度方向水平向左，所以电子所受电场力方向向左，加速度方向也向左，所以电子向左做匀减速直线运动，到810-10s时刻速度为零，恰好又回到m点综上分析可知：在610-10st810-10s时间内，这个电子处于m点的右侧，速度方向向左且大小逐渐减小故选d.【名师点睛】本题考查了带电粒子在电场中的运动问题；解题的关键是对粒子的运动的不同时间段进行分段考虑，搞清电场的方向，电场力的方向，加速度的方向以及速度的方向，此题也可以画出电子运动的速度时间图象求解，难度适中.7如图所示，一个带正电的物体m，由静止开始从斜面上a点下滑，滑到水平面bc上的d点停下来。已知物体与斜面及水平面间的动摩擦因数相同，不计物体经过b处时机械能损失。现在abc所在空间加上竖直向下的匀强电场，再次让物体m由a点静止开始下滑，结果物体在水平面上的d点处停下来，如图所示。则以下说法正确的是： （ ）ad点一定在d点左侧 bd点可能在d点右侧cd点一定与d点重合d由于斜面倾角、动摩擦因数及场强大小均未知，故不能确定d点在d点左侧还是右侧【答案】c【名师点睛】在使用动能定理解题时，需要注意一是在选定的过程中有哪些力做正功，哪些力做负功，二是在选定过程中动能的变化，本题也可以应用等效的思维方法进行选择：加电场时相当于物体的重力增加，而物体在水平面滑行的距离与重力无关8在真空中上、下两个区域均有竖直向下的匀强电场，其电场线分布如图所示有一带负电的微粒，从上边区域沿平行电场线方向以速度v0匀速下落，并进入下边区域(该区域的电场足够广)，在如图所示的速度时间图象中，符合粒子在电场内运动情况的是(以v0方向为正方向)( ： （ ）【答案】c【名师点睛】此题是对带电粒子在电场中运动以及v-t图线的考查；解决本题的关键会根据微粒的受力判断其运动情况，知道微粒在下面电场中做匀减速直线运动和返回做匀加速直线运动是对称的；会用v-t图线来反映物体的运动特征，此题难度不大。9一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场，电场方向水平向左。不计空气阻力，则小球： （ ）a做直线运动 b做曲线运动 c速率先减小后增大 d速率先增大后减小【答案】bc【解析】小球受重力和电场力两个力作用，合力的方向与速度方向不在同一条直线上，小球做曲线运动故a错误，b正确小球所受的合力与速度方向先成钝角，然后成锐角，可知合力先做负功然后做正功，则速度先减小后增大故c正确，d错误故选bc. 10一对平行金属板长为l，两板间距为d，质量为m，电荷量为e的电子从平行板左侧以速度v0沿两板的中线不断进入平行板之间，两板间所加交变电压uab如图所示，交变电压的周期，已知所有电子都能穿过平行板，且最大偏距的粒子刚好从极板的边缘飞出，不计重力作用，则： （ ）a.所有电子都从右侧的同一点离开电场b.所有电子离开电场时速度都是v0c.t0时刻进入电场的电子，离开电场时动能最大d.t时刻进入电场的电子，在两板间运动时最大侧位移为【答案】bd【名师点睛】电子进入电场后做类平抛运动，不同时刻进入电场的电子竖直方向运动情况不同，则知不是从同一点离开电场所有电子都能穿过平行板，竖直方向加速和减速的时间必然相等，飞出电场时，电子只有水平速度。时刻进入电场的电子，离开电场时速度等于，电子的动能不是最大分析时刻进入电场的电子运动情况，由牛顿第二定律和运动学公式求解最大侧位移。11如图所示，在水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面，斜面上有一带电金属块沿斜面滑下已知在金属块滑下的过程中动能增加了12j，金属块克服摩擦力做功80j，重力做功24j，则以下判断正确的是： （ ）a金属块带正电荷b金属块克服电场力做功80jc金属块的机械能减少12jd金属块的电势能减少40j【答案】ac名师点睛：解这类问题的关键要熟悉功能关系，也就是什么力做功量度什么能的变化，并能建立定量关系。12如图所示，mpqo为有界的竖直向下的匀强电场，电场强度为e，acb为光滑固定的半圆形轨道，轨道半径为r，a，b为圆水平直径的两个端点，ac为圆弧一个质量为m，电荷量为q的带电小球，从a点正上方高为h处由静止释放，并从a点沿切线进入半圆轨道不计空气阻力及一切能量损失，关于带电小球的运动情况，下列说法正确的是 ： （ ）a小球一定能从b点离开轨道b小球在ac部分可能做匀速圆周运动c若小球能从b点离开，上升的高度一定小于hd小球到达c点的速度可能为零【答案】bc名师点睛：本题考查了带电小球在电场和重力场中的运动，综合运用了动能定理、牛顿第二定律等知识，综合性强，对学生的能力要求较高。二、非选择题（本大题共4小题，第13、14题每题10分；第15、16题每题15分；共50分）13（10分）如图所示，半径为r,内径很小的光滑半圆管竖直放置，整个装置处在方向竖直向上的匀强电场中，两个质量均为m、带电量相同的带正电小球a、b,以不同的速度进入管内（小球的直径略小于半圆管的内经，且忽略两小球之间的相互作用），a通过最高点a时,对外管壁的压力大小为3、5mg，b通过最高点a时,对内管壁的压力大小0、25mg，已知两小球所受电场力的大小为重力的一半。求（1）a、b两球落地点距a点水平距离之比；（2）a、b两球落地时的动能之比。【答案】（1）43 （2）83 【解析】（1）以a球为研究对象，设其到达最高点时的速度为，根据向心力公式有：其中解得：以b球为研究对象，设其到达最高点时的速度为vb，根据向心力公式有：其中解得：两小球脱离半圆管后均做平抛运动，根据可得它们的水平位移之比：【名师点睛】本题关键是对小球在最高点进行受力分析，然后根据向心力公式和牛顿第二定律求出平抛的初速度，再结合平抛运动规律求解。14（10分）如图所示，一质量为m、电荷量为q的带正电小球（可看做质点）从y轴上的a点以某一初速度水平抛出，两长为l的平行金属板m、n倾斜放置且与水平方向间的夹角为37（sin 370.6），若带电小球恰好能垂直于m板从其中心小孔b进入两板间。（重力加速度已知）（1）试求小球抛出时的初速度及在y轴上的抛出点a的坐标；（2）若该平行金属板m、n间有如图所示的匀强电场，且匀强电场的电场强度大小与小球质量之间的关系满足e，试计算两平行金属板m、n之间的垂直距离d至少为多少时才能保证小球不打在n板上。【答案】（1），（2）【解析】【名师点睛】本题考查了带电小球在复合场中的运动，掌握处理平抛运动或类平抛运动的方法，结合牛顿第二定律、动能定理和运动学公式综合求解，本题有一定的难度。 15（15分）质量为m=0.2kg、带电量为q=+2c的小球从距地面高度为h=10m处以一定的初速度水平抛出，在距抛出点水平距离为l=2m处，有一根管口比小球直径略大的竖直吸管，管的上口距地面为，为使小球能无碰撞地通过管子，可在管子上方的整个区域加上一个场强方向水平向左的匀强电场，如图所示，（）求：（1）小球的初速度（2）电场强度e的大小；（3）小球落地时的动能。【答案】（1）（2）（3）20j【名师点睛】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 线或曲线），然后选用恰当的规律解题解决这类问题的基本方法有两种，第一种利用力和运动的观点，选用牛顿第二定律和运动学公式求解；第二种利用能量转化 的观点，选用动能定理和功能关系求解。 16（15分）如图甲所示，水平放置的平行金属板a和b的距离为d，它们的右端安放着垂直于金属板的靶mn，现在a、b板上加上如图乙所示的方波形电压，电压的正向值为，反向电压值为，且每隔t/2变向1次。现将质量为m的带正电，且电荷量为q的粒子束从ab的中点o以平行于金属板的方向oo射入，设粒子能全部打在靶上而且所有粒子在a、b间的飞行时间均为t。不计重力的影响，试问：（1）定性分