统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题四电场与磁场第8讲电场及带电粒子在电场中的运动素养培优教师用书

素养培优·情境命题实际情境中的电场问题情境1[2024·浙江省杭州市模拟](多选)微信运动步数的测量是通过手机内电容式加速度传感器实现的，如图所示，M极板固定，当手机的加速度变更时，N极板只能按图中标识的“前后”方向运动．图中R为定值电阻．下列对传感器描述正确的是()A．静止时，电流表示数为零，且电容器两极板不带电B．电路中的电流表示数越大，说明手机“前后”方向的加速度越大C．由静止突然向后加速时，电容器的电容会减小D．由静止突然向前加速时，电流由b向a流过电流表情境2[2024·浙江省金华市选考模拟]静电植绒技术，于3000多年前在中国首先起步，现代静电植绒于50、60年头在德国首先研制出并运用，如图所示为植绒流程示意图，将绒毛放在带负电荷的容器中，使绒毛带负电，容器与带电极板之间加恒定的电压，绒毛成垂直状加速飞到须要植绒的物体表面上．下列推断正确的是()A．带电极板带负电B．绒毛在飞往须要植绒的物体的过程中，电势能不断增大C．若增大容器与带电极板之间的距离，植绒效果会更好D．质量相同的绒毛，带电荷量越多，到达须要植绒的物体表面时速率越大情境3[2024·北京怀柔模拟预料]2024年2月，中国科学家通过冷冻电镜捕获到新冠病毒表面S蛋白与人体细胞表面ACE2蛋白的结合过程，首次揭开了新冠病毒入侵人体的奇异面纱．电子显微镜是冷冻电镜中的关键部分，它与光学显微镜相比具有更高的辨别率，其缘由是电子的物质波波长远小于可见光波长．在电子显微镜中，电子束相当于光束，通过由电场或磁场构成的电子透镜实现会聚和发散作用．其中的一种电子透镜由两个金属圆环M、N组成，其结构如图甲所示，图乙为图甲的截面示意图．显微镜工作时，两圆环的电势φN>φM，图乙中虚线表示两圆环之间的等势面(相邻等势面间电势差相等)．现有一束电子经电压U加速后，沿着平行于两金属圆环轴线的方向进入金属圆环M.依据题目信息和所学学问，下列推断正确的是()A.电子比可见光的波动性强，衍射更为明显B．增大电子的加速电压U，可提升该显微镜的辨别率C．该电子透镜对入射的电子束能起到发散作用D．电子在穿越电子透镜的过程中速度不断减小情境4[2024·山东省青岛市一中模块考]电子束光刻技术以其辨别率高、性能稳定、功能强大而著称，其原理简化为如图所示，电子枪放射的电子经过成型孔后形成电子束，通过束偏移器后对光刻胶进行曝光．某型号光刻机的束偏移器长L＝0.04m，间距也为L，极间有扫描电压，其轴线垂直晶圆上某芯片表面并过中心O点，芯片到束偏移器下端的距离为.若进入束偏移器时电子束形成的电流大小为I＝2×10－8A，单个电子的初动能为Ek0＝100keV，不计电子重力，忽视其他因素的影响．(1)若扫描电压为零，O点每秒接收的能量是多少？(2)若某时刻扫描电压为10kV，电子束到达芯片时的位置离O点的距离是多少？素养培优·情境命题情境1解析：静止时，N板不动，电容器的电容不变，电容器电量不变，则电流表示数为零，电容器保持与电源相连，两极板带电，A项错误；由静止突然向后加速时，N板相对向前移动，则板间距减小，依据C＝知电容C增大，C项错误；由静止突然向前加速时，N板相对向后移动，则板间距增大，依据C＝知电容C减小，电压不变，由Q＝CU知电容器带电量减小，电容器放电，电流由b向a流过电流表，D项正确；由C、D项分析可知，手机“前后”方向运动的加速度越大，电容变更越大，相同时间内电容充电或放电的电荷量大，电路中的电流表示数越大．因此电路中的电流表示数越大，说明手机“前后”方向运动的加速度越大，B项正确．答案：BD情境2解析：带电极板吸引带负电的绒毛，则带电极板带正电，A错误；绒毛在飞往须要植绒的物体的过程中，电场力做正功，电势能不断减小，B错误；植绒效果主要由容器和极板间的电势差确定．若增大容器与带电极板之间的距离，电势差(电压)保持不变，植绒效果不变，C错误；由动能定理得qU＝mv2可知，质量相同的绒毛，带电荷量越多，到达须要植绒的物体表面时速率越大，D正确．答案：D情境3解析：电子物质波的波长比可见光的波长短，因此不简洁发生明显衍射，A错误；波长越短，衍射现象越不明显，依据德布罗意物质波波长关系式λ＝＝可知，增大电子的加速电压U，电子的速度增大，波长减小，则显微镜的辨别率增大，B正确；由于两圆环的电势φN>φM，依据等势面的特点可知，电场线垂直于等势面且凹侧向外，并由N指向M方向，如图所示，则电子受力指向中间电场线，所以该电子透镜对入射的电子束能起到会聚作用，C错误；如图所示，电子在穿越电子透镜的过程中，电场力始终对电子做正功，所以电子速度不断增大，D错误．答案：B情境4解析：(1)若扫描电压为零，O点每秒接收的能量是E＝NEk0＝Ek0＝2×10－3J.①(2)电子在束偏移器中的加速度大小为a＝②设电子的初速度大小为v0，则由题意可知Ek0＝③电子在束偏移器中运动的时间为t＝④电子在束偏移器中的偏移量为y＝at2⑤