2010年高三物理高考预测系列试题（10）·带电体在电场中的运动

用心 爱心 专心 20102010 年高考物理预测系列试题 年高考物理预测系列试题 1010 带电体在电场中的运动带电体在电场中的运动 适用 全国各地区适用 全国各地区 预测题预测题 如图所示 有一质量为m 带电荷量为 q的小球 可视为质点 自竖直向下 场强为E 的匀强电场中的P点静止下落 在P点正下方距离h处有一弹性绝缘挡板S 挡板不影响匀强电场的分布 小球每次与挡板S相碰后电荷量均减少到碰前的k倍 k 1 而碰撞过程中 小球的机械能不发生损失 1 设匀强电场中 挡板S处电势 S 0 则电场中P 点的电势 P 为多 少 小球在P点时的电势能EP为多少 2 小球从P点出发后到第一次速度变为零的过程中电场力对小球做了多 少功 3 求在以后的运动过程中 小球距离挡板的最大距离l 命题意图命题意图 此题考查带电体在匀强电场中的运动 应该注意带电体在与挡板碰撞后带电量的变化 以及对运动过程的分析 同时考虑是否应用能量观点解题 虽然题目情境简单 但要注意一题多解 解题思路解题思路 看完题目 首先要明确几个概念 1 电势 电势差 电势能 2 小球的机械能 3 电场力的功 4 小球距离挡板的最大距离l 解题过程解题过程 解法一 1 SP之间的电压为 UEh S 0 P Eh 小球在P点时的电势能 qEhEP 2 设小球第一次与档板碰撞时的速度大小为v1 碰撞过程中小球机械能无损失 以v1竖直向上运 动 速度为零时的高度为 1 h 由牛顿第二定律和运动学公式得 1 maqEmg hav 1 2 1 2 2 makqEmg 12 2 1 2hav 联立以上各式解得 h kqEmg qEmg h 1 故 小球从P点出发后到第一次速度变为零的过程中电场力对小球做的功为 kqEmg kmgqEh kqEhqEhW 1 1 3 由上面的分析和求解过程可得 小球与挡板第二次碰撞后能上升的高度为 1 2 2 h qEkmg kqEmg hh qEkmg qEmg 2 用心 爱心 专心 依此类推 小球与挡板第n次碰撞后能上升的高度为h qEkmg qEmg h n n 当n 时 小球电量将减小为零 从而可得小球距离挡板的最大距离l 为 h mg qEmg l 解法二解法二 1 由电场力做功与电势能变化的关系得 qEhEE SP 由题设条件 挡板S处电势 S 0 可得小球在P点时的电势能qEhEP 2 设第一次与档板碰撞后能达到的高度为 1 h 由能量守恒得 1 mgh qEh mg kqE h 小球从P点出发第一次到达最高点过程中电场力对小球做的功为 1 W qEh kqEh 解得 1 mgqEhk W mg kqE 3 小球与挡板碰撞后小球所带电量逐渐减小 最终电量将减小为零 整个过程中能量始终守恒 由能量守恒得 mgh qEh mgl 解得 h mg qEmg l 易错点分析易错点分析 第 2 问中 计算电场力对小球做功时 要注意到小球与挡板碰撞后电荷量的变 化 1 W qEh kqEh 容易错解为 1 hhqEW 用第一种解法推导小球与挡板第n次碰撞后能 上升的高度hn与起始高度h的关系时容易出错 点评点评 解法一是用牛顿运动定律和运动学公式求解 需要注意小球运动的细节 求解比较繁琐 但容易入手 难度小一些 解法二是由能量守恒定律和功能关系求解 只需要关注小球运动的始末位置 求解比较简洁 但思维要求较高 相对难度大一些 附附 预测训练题预测训练题 有一匀强电场平行于固定在水平地面上的绝缘平板 绝缘平板上有一带负电的物体 以 10m s 的初速度平行于电场方向运动 物体沿电场方向运动的最远距离为 4m 如果物体在运动过程中所受电场力大于物体受到的最大静摩擦力 且物 体与绝缘平板间的动摩擦因数为 0 5 则物体在离出发点多远处动能与电势 能相等 规定带电体在出发点时的电势能为零 重力加速度 g 取 10m s2 用心 爱心 专心 解答 解答 设物体带电量为 q 运动的最大位移为 sm 由动能定理得 2 0 2 1 mvmgsqEs mm 得 mgqE75 0 设带电体运动到离出发点距离为 s 处动能与电势能相等 即qEsmv 2 2 1 在此过程中 由动能定理得 2 0 2 2 1 2 1 mvmvmgsqEs 代入数