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2019年高考物理一轮复习 专题7.10 带电粒子在匀强电场中的运动千题精练.doc

上传人:weiwoduzun 文档编号:2218574 上传时间:2018-09-05 格式:DOC 页数:19 大小:1.68MB
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资源描述

1、1专题 7.10 带电粒子在匀强电场中的运动一选择题1 (2018 洛阳一模)如图所示,氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场 E1之后进入电场线竖直向下的匀强电场 E2发生偏转,最后打在屏上。整个装置处于真空中,不计粒子重力及其相互作用,那么( )A偏转电场 E2对三种粒子做功一样多B三种粒子打到屏上时的速度一样大C三种粒子运动到屏上所用时间相同D三种粒子一定打到屏上的同一位置【参考答案】AD【命题意图】本题考查带电粒子在电场中的加速和在匀强电场中的类平抛运动及其相关的知识点。【解题思路】带电粒子在电场 E1中加速,由动能定理, eU1= 2mv2,解得 v=

2、 1eUm。进入电场线竖直向下的匀强电场 E2中做类平抛运动, L=vt, y= 2at2, eE2=ma,联立解得 y=214EL, 偏转电场 E2对三种粒子做功 W=eE2y= 14eLU,与粒子质量无关,所以偏转电场 E2对三种粒子做功一样多,选项 A 正确;三种粒子打到屏上时的水平速度 12em不一样大,竖直速度 at 不一样大,所以三种粒子打到屏上时的速度一样大,选项 B 错误;三种粒子运动到屏上所用时间不相同,选项 C 错误;由于 y=214ELU与粒子质量无关,三种粒子相同,所以三种粒子一定打到屏上的同一位置,选项 D 正确。2.如图 10 所示,半径 R0.5 m 的 圆弧接收

3、屏位于电场强度方向竖直向下的匀强电场中, OB 水平,一质14量为 m10 4 kg、带电荷量为 q8.010 5 C 的粒子从与圆弧圆心 O 等高且距 O 点 0.3 m 的 A 点以初速2度 v03 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 0,则( )图 10A.该匀强电场的电场强度 E100 V/mB.粒子在 A 点的电势能为 8105 JC.粒子到达 C 点的速度大小为 3 m/s2D.粒子速率为 4 m/s 时的电势能为 4.5104 J【参考答案】D3.(多选)如图 8 所示,带电荷量之比为 qA qB13 的带电粒子

4、A、 B 以相等的速度 v0从同一点出发,沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中,分别打在 C、 D 点,若 OC CD,忽略粒子重力的影响,则( )3图 8A.A 和 B 在电场中运动的时间之比为 12B.A 和 B 运动的加速度大小之比为 41C.A 和 B 的质量之比为 112D.A 和 B 的位移大小之比为 11【参考答案】ABC4.如图 9 所示,两个平行带电金属板 M、 N 相距为 d, M 板上距左端为 d 处有一个小孔 A,有甲、乙两个相同的带电粒子,甲粒子从两板左端连线中点 O 处以初速度 v1平行于两板射入,乙粒子从 A 孔以初速度 v2垂直于 M 板射入,二者在电场中

5、的运动时间相同,并且都打到 N 板的中点 B 处,则初速度 v1与 v2的关系正确的是( )图 9A. B. C. 2 D. v1v2 12 v1v2 22 v1v2 v1v2 2【参考答案】C45.(多选)如图 10 所示的直角坐标系中,第一象限内分布着均匀辐向的电场,坐标原点与四分之一圆弧的荧光屏间电压为 U;第三象限内分布着竖直向下的匀强电场,场强大小为 E。大量电荷量为 q(q0)、质量为 m 的粒子,某时刻起从第三象限不同位置连续以相同的初速度 v0沿 x 轴正方向射入匀强电场。若粒子只能从坐标原点进入第一象限,其他粒子均被坐标轴上的物质吸收并导出而不影响原来的电场分布。不计粒子的重

6、力及它们间的相互作用。下列说法正确的是( )图 10A.能进入第一象限的粒子,在匀强电场中的初始位置分布在一条直线上B.到达坐标原点的粒子速度越大,入射速度方向与 y 轴的夹角 越大C.能打到荧光屏上的粒子,进入 O 点的动能必须大于或等于 qUD.若 Ut2t18B三微粒所带电荷量有 q1q2q3C三微粒所受电场力有 F1 F2F3D微粒 2 和 3 出电场时动能相等【参考答案】B 12(2016湖南郴州监测)空间内有高度为 d、宽度足够宽、方向水平向左的匀强电场。当在该空间内建立如图所示的坐标系后,在 x 轴上的 P 点沿 y 轴正方向连续射入质量和电荷量均相同、且带电性质也相同的带电粒子

7、(粒子重力不计),由于粒子的入射速率 v(v0)不同,有的粒子将在电场中直接通过 y 轴,有的将穿出电场后再通过 y 轴。设粒子通过 y 轴时,离坐标原点的距离为 h,从 P 到 y 轴所需的时间为 t,则( )A由题设条件可以判断出粒子的带电性质B对 h d 的粒子, h 越大, t 越大C对 h d 的粒子,在时间 t 内,电场力对粒子做的功不相等D h 越大的粒子,进入电场时的速率 v 也越大【参考答案】AD 913(2016浙江湖州高三模拟)如图,空间存在沿 OM 方向的匀强电场, ON 与 OM 的夹角 NOM ,某带正电粒子从 OM 上的 P 点垂直于 OM 进入电场,仅在电场力作

8、用下运动,第一次经过 ON 的位置记为 Q 点。当粒子以不同大小的初速度进入电场, Q 点的位置会不同,若 Q 点离 O 点最远距离 OQ L。下列说法正确的是( )A Q 点最远时,粒子的速度沿 ON 方向B粒子在 OM 方向的分运动是匀加速直线运动,垂直 OM 方向的分运动是匀速直线运动C粒子进入电场的初速度越大, Q 点离 O 点越远D根据条件可以求得 OP cos L2【参考答案】ABD 【名师解析】当粒子的运动轨迹与 ON 相切时, Q 点最远,则粒子的速度方向沿 ON 方向,A 项正确;粒子垂直电场线方向上不受力,垂直 OM 方向的分运动是匀速直线运动,在 OM 方向上仅受电场力,

9、初速度为零,做匀加速直线运动,B 项正确;粒子进入电场的初速度越大, Q 点离 O 点越近,C 项错误;依题意得,粒子在 Q 点的速度方向沿着射线 ON,粒子从 P 点开始做类平抛运动,如图所示。设加速度为 a,沿着 OM 方向做匀加速直线运动, PS at212在 Q 点平行于 OM 方向的分速度 vOM at10SQ 方向做匀速运动,有 Lsin v0t,又 tan ,解得 OP PS cos ,故 D 正确。v0vOM L2二计算题1.如图 7 所示,水平放置的平行板电容器与某一电源相连,它的极板长 L0.4 m,两板间距离d410 3 m,有一束由相同带电微粒组成的粒子流,以相同的速度

10、 v0从两板中央平行极板射入,开关 S闭合前,两板不带电,由于重力作用微粒能落到下极板的正中央,已知微粒质量为 m410 5 kg,电荷量 q110 8 C, g10 m/s 2。求:图 7(1)微粒入射速度 v0为多少?(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场,电容器的上极板应与电源的正极还是负极相连?所加的电压 U 应取什么范围?【名师解析】(1)开关 S 闭合前,由 v0t, gt2可解得L2 d2 12v0 10 m/s。L2gd11答案 (1)10 m/s (2)与负极相连,120 V U200 V3 (2018 河北衡水六调)如图所示,在真空空间中的 M、 N 处存在两个被固定

11、的、电荷量相同的正点电荷,在它们的连线上有 A、B、C 三点,已知 MA=CN=NB, MA0)的带电小球 M、 N 先后以相同的初速度沿水平方向射出。小球进入电场区域,并从该区域的右边界离开。已知 N 离开电场时的位置与 A 点在同一高度;M 刚离开电场时的动能为刚进入电场时动能的 8 倍。不计空气阻力,重力加速度大小为 g。已知 A 点到左边界的距离也为 L。(1)求该电场的电场强度大小;(2)求小球射出的初速度大小;(3)要使小球 M、 N 离开电场时的位置之间的距离不超过 L,仅改变两小球的相同射出速度,求射出速度需满足的条件。【解析】(1)设小球 M、 N 在 A 点水平射出的初速度

12、大小为 v0,则他们进入电场时是水平速度仍然为 v0,所以小球 M、 N 在电场中运动的时间相等。进入电场前,水平方向 01Lvt15竖直方向下落的距离21dgt进入电场时竖直速度 yvt进入电场后,水平方向 02Lt故 12tt(2)粒子 M 射出电场时竖直速度为 21yvatEqmga220011()8()yyvv解得: 0gL(3)以竖直向下为正, M 的竖直位移为21MyvtaN 的竖直位移为21NyvtaMyL解得: 02vg26(2016浙江杭州高三月考) (20 分)如图所示,在 x0, y0 区域内有平行于 xOy 平面的匀强电场和垂直 xOy 平面的匀强磁场。现有一带负电的粒

13、子从坐标原点 O 沿某一方向以一定的初动能入射,在电场和磁场的作用下发生偏转,先后经过 A(8,6)、 B(12,18)两点时,动能变为初动能的 0.6 和 0.4。不计重力的影响。(1)确定电场强度的方向;16(2)若粒子的电荷量为210 7 C,初动能为 1105 J,求电场强度的大小。【名师解析】(1)方法 1令电场强度的方向与 x 轴的夹角为 ,粒子在 O 点时的初动能为 EkO,粒子从 O 点运动到 A 点,根据动能定理得qEOAcos( ) EkO EkA0.4 EkO式中 为 OA 与 x 轴的夹角。同理,粒子从 O 点运动到 B 点,有qEOBcos( ) EkO EkB0.6

14、 EkO式中 为 OB 与 x 轴的夹角。联立并利用 A、 B 两点的坐标值解得 0,即电场强度的方向沿 x 轴正方向。方法 2设粒子在 O 点时的初动能为 EkO,粒子从 O 点运动到 A 点,根据动能定理得qUOA EkO EkA0.4 EkO同理,粒子从 O 点运动到 B 点,有qUOB EkO EkB0.6 EkO17由于是匀强电场,沿 OB 方向电势均匀降落,设在 OB 上点 C(xC, yC)的电势与 A 点相同,那么 UOAUOB UOCUOB OCOB xC12 yC18联立解得xC8 cm, yC12 cm。故 AC 连线与 y 轴平行,因此电场强度的方向沿 x 轴正方向。(

15、2)将 q210 7 C, EkO110 5 J 及 0 代入或,即可解得 E250 V/m。答案 (1)沿 x 轴正方向 (2)250 V/m27(2016江西南昌调研)(20 分)如图所示,在平面直角坐标系中,有方向平行于坐标平面的匀强电场,坐标系内有 A、 B 两点,其中 A 点坐标为(6 cm,0), B 点坐标为(0, cm),坐标原点 O 处的电势为 0, A3点的电势为 8 V, B 点的电势为 4 V。现有一带电粒子从坐标原点 O 处沿电势为 0 的等势线方向以速度v410 5 m/s 射入电场,粒子运动时恰好通过 B 点,不计粒子所受重力,求:(1)图中 C 处(3 cm,0

16、)的电势;(2)匀强电场的场强大小;(3)带电粒子的比荷 。qm18又 U Ed可得 E V/m 102 V/m。Ud UBOLsin 4332 10 2 83(3)带电粒子做类平抛运动,则有Lcos vtLsin t212qEm解得 C/kgqm 2v2sin ELcos22( 4105) 23283102310 2142.410 11 C/kg所以带电粒子的比荷为 2.41011 C/kg。答案 (1)4 V (2) 102 V/m (3)2.410 11 C/kg8328.如图所示,一个带正电的粒子以平行于 x 轴正方向的初速度 v0从 y 轴上 a 点射入第一象限内,为了使这个粒子能经

17、过 x 轴上定点 b,可在第一象限的某区域内加一方向沿 y 轴负方向的匀强电场已知所加电场的场强大小为 E,电场区域沿 x 方向的宽度为 s,OaL,Ob2s,粒子的质量为 m,带电量为 q,重力不计,试讨论电场的左边界与 b 的可能距离19【名师解析】设电场左边界到 b 点的距离为 x,已知电场宽度为 s,Ob2s,分以下两种情况讨论(1)若粒子在离开电场前已到达 b 点,如图甲所示,即xs,则 xv 0t yL t2qE2m联立解得 x .2mv20LqE(2)若粒子离开电场后做匀速直线运动到达 b 点,如图乙所示,即 sx2s,则 sv 0t y t2qE2m由几何关系知 tan qEmtv0 L y x s联立解得 x .mv20LqEs s2

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