高考物理一轮复习 课时跟踪检测34 热点专题8 带电粒子在电场中的综合问题分析.doc

课时跟踪检测三十四热点专题8带电粒子在电场中的综合问题分析一、选择题1某原子电离后其核外只有一个电子，若该电子在核的库仑力作用下绕核做匀速圆周运动，那么电子运动()a半径越大，加速度越大b半径越小，周期越长c半径越大，角速度越小 d半径越小，线速度越小解析：电子在核的库仑力作用下绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，故kmanmm2rm2r，可以判断电子运动的半径越大，加速度越小、线速度越小、角速度越小、周期越长，与卫星类似答案：c2(多选)如图甲所示，a、b表示真空中水平放置的相距为d的平行金属板，板长为l，两板加电压后板间的电场可视为匀强电场现在a、b两板间加上如图乙所示的周期性的交变电压，在t0时恰有一质量为m、电量为q的粒子在板间中央沿水平方向以速度v0射入电场，忽略粒子的重力，则下列关于粒子运动状况的表述中正确的是()a粒子在垂直于板的方向上的分运动可能是往复运动b粒子在垂直于板的方向上的分运动是单向运动c只要周期t和电压u0值满足一定条件，粒子就可沿与板平行的方向飞出d粒子不可能沿与板平行的方向飞出解析：当t0时带电粒子飞入电场后，在垂直于板的方向上，只受到向上的电场力作用，在0时间内做匀加速运动；若是粒子在的时间内没有打在极板上，且没有飞出电场，那么在t的时间内，由于电场力反向，故粒子向上做匀减速运动，根据运动的对称性可知，在tt时，粒子沿电场方向的速度减至零因此满足一定条件时，粒子在垂直板的方向上，先加速后减速，其加速度等大反向，而位移始终增加在第二个周期内又将重复第一个周期的运动所以粒子在垂直于板的方向上的分运动不可能是往复运动，只能是单向运动当粒子在t0时刻飞入电场，而在tnt(n1,2，3，)时刻飞出电场时，它在垂直于板的方向上的速度为零，只有水平方向上的速度，所以此时的粒子速度与极板平行，因此，只要周期满足一定的条件，粒子就可沿与板平行的方向飞出答案：bc3如图甲所示，两平行正对的金属板a、b间加有如图乙所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间p处若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向a板运动，时而向b板运动，并最终打在a板上则t0可能属于的时间段是()a0t0 bt0c.t0t dtt0解析：根据上面画出的速度图象可知：若0t0，带正电粒子先加速向b板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零，如此反复运动，每次向右运动的距离大于向左运动的距离，最终打在b板上，所以a错误；若t0，带正电粒子先加速向a板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向左运动的距离大于向右运动的距离，最终打在a板上，所以b正确；若t0t，带正电粒子先加速向a板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零，如此反复运动，每次向左运动的距离小于向右运动的距离，最终打在b板上，所以c错误；若tt0，带正电粒子先加速向b板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向右运动的距离大于向左运动的距离，最终打在b板上，所以d错误故选b.答案：b4.(2016届河南中原名校第二次联考)如图(a)所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间的电压分别如图(b)中甲、乙、丙、丁所示，电子在板间运动(假设不与板相碰)，下列说法正确的是()a电压是甲图时，在0t时间内，电子的电势能一直减少b电压是乙图时，在0时间内，电子的电势能先增加后减少c电压是丙图时，电子在板间做往复运动d电压是丁图时，电子在板间做往复运动解析：若电压是甲图，电场力先向左后向右，则电子向左先做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动，即电场力先做正功后做负功，电势能先减少后增加，故a错误；电压是乙图时，在0时间内，电子向右先加速后减速，即电场力先做正功后做负功，电势能先减少后增加，故b错误；电压是丙图时，电子向左先做加速度先增大后减小的加速运动，过了做加速度先增加后减小的减速运动，到t时速度减为0，之后继续朝同一方向加速减速，故粒子一直朝同一方向运动，c错误；电压是丁图时，电子先向左加速，到后减速，后反向加速，t后减速，t时速度减为零，之后重复前面的运动，故粒子做往复运动，d正确答案：d二、计算题5(2017届河南郑州第一次联考)如图所示，在y0和y2 m之间有沿着x轴方向的匀强电场，mn为电场区域的上边界，在x轴方向范围足够大电场强度的变化如图所示，取x轴正方向为电场正方向现有一个带负电的粒子，粒子的比荷1.0102 c/kg，在t0时刻以速度v05102 m/s从o点沿y轴正方向进入电场区域，不计粒子重力作用求：(1)粒子通过电场区域的时间；(2)粒子离开电场的位置坐标；(3)粒子通过电场区域后沿x轴方向的速度大小解析：(1)因为粒子初速度方向垂直于匀强电场，在电场中做类平抛运动，所以粒子通过电场区域的时间t4103 s.(2)粒子在x轴方向先加速后减速，加速时的加速度a14 m/s2，减速时的加速度a22 m/s2，x轴方向上的位移xa12a12a222105 m，因此粒子离开电场的位置坐标为(2105 m,2 m)(3)粒子在x轴方向的速度vxa1a24103 m/s.答案：(1)4103 s(2)(2105 m,2 m)(3)4103 m/s6(2017届山东潍坊期中)如图甲所示，平行金属板m、n水平放置，板右侧有一竖直荧光屏，板长、板间距及竖直屏到板右端的距离均为l，m板左下方紧贴m板有一粒子源，以初速度v0水平向右持续发射质量为m，电荷量为q的粒子已知板间电压umn随时间变化的关系如图乙所示，其中u0，忽略粒子间相互作用和它们的重力，忽略两板间电场对板右侧的影响，荧光屏足够大(1)计算说明，t0时刻射入板间的粒子打在屏上或n板上的位置；(2)求荧光屏上发光的长度解析：(1)t0时刻射入电场时，有qma，粒子在0时间内，偏转距离为ya2，解得y4l，因y4ll，故粒子打在n极板上粒子在两板间运动时间t1满足lat，xv0t1，解得x，即粒子打在n极板中央(2)在t时射入板间的粒子不偏转，沿直线打到荧光屏上在tt时射入的粒子，刚好从n极板右边缘射出极板，此粒子打在荧光屏上的偏转距离最大，粒子的轨迹如图所示偏转角满足tan，vyat14v0，解得tan4.设出极板后匀速运动偏转量为y，tan，荧光屏上发光长度为yly5l.答案：(1)粒子打在n极板中央(2)5l7(2016届湖北孝感第一次联考)如图甲所示，a、b为两块平行金属板，极板间电压为uab1 125 v，现有大量的电子由a板从静止开始加速后，沿两平行金属板cd的中线进入到偏转电场平行金属板c、d长l14102 m，板间距离d8103 m，在距离c、d右侧边缘l20.1 m处有一足够大的荧光屏p，当c、d之间未加电压时电子沿c、d板的中线穿过，打在荧光屏上的o点并发出荧光现给金属板c、d之间加一个如图乙所示的变化电压udc(d板接电源的正极)已知电子质量为m9.01031 kg，电荷量为e1.61019c.求：(1)电子从b板上的小孔射出时的速率v0；(2)打在荧光屏上的电子的最大动能；(3)一起上下调整a、b，使电子能够在c、d板左侧任意位置仍以速度v0沿平行于c、d板的方向进入到偏转电场中，求电子打到荧光屏上亮线的长度(只考虑竖直方向)解析：(1)电子经a、b两块金属板加速，由euabmv得到v02.0107 m/s.(2)电子在水平方向做匀速运动，通过c、d板间的时间t2.0109 s.电子通过时间极短，可认为通过时电场恒定，电子在电场中做类平抛运动，当c、d间电压最大时，竖直方向的位移yayt2t26.0103 m，竖直方向位移大于，电子将打到下极板上而不出电场，所以电子刚好从下极板边缘飞出时，竖直方向速度最大，动能最大，由平抛运动推论得，可以得到vy4.0106 m/s，电子的最大动能ekmaxmv2m(vv)1.91016 j.(3)当电子在靠近上极板射入，偏转电压为0时，电子做匀速直线运动通过偏转电场，此时打在荧光屏上亮线最上端当电子从d板下端边缘通过，竖直方向速度最大时，电子能打到荧光屏上亮线最下端，根据ymax6.0103 m可得到，当电子从距离d板高度6.0103 m处射入偏转电场时，能够达到荧光屏上亮线最下端，设此时电子竖直方向位移为y2，则由平抛运动推论可得，解得y23.6102 m，所以电子打到荧光屏上亮线的长度是y3.6102 m2.0103 m3.8102 m.答案：(1)2.0107 m/s(2)1.91016 j(3)3.8102 m8(2017届江西九江三十校第一次联考)如图所示，一质量为m、电荷量为q的带正电小球(可视为质点)从y轴上的a点以初速度v0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.(sin370.6)(1)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，试求带电小球在y轴上的抛出点a的坐标及小球抛出时的初速度v0；(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板上解析：(1)设小球由y轴上的a点运动到金属板m的中点b的时间为t，由题意，在与x轴平行的方向上，有cosv0t，tan，带电小球在竖直方向上下落的距离为hgt2，所以小球抛出点a的纵坐标为yhsin，联立以上各式并代入数据可解得v0，yl，t2，h.所以小球抛出点a