金板學(xué)案高考物理一輪復(fù)習(xí) 第7章 第4課 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí).doc

第4課帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1平衡問(wèn)題平衡條件：f合02加(減)速問(wèn)題 帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，受到的靜電力方向與運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上，做勻變速直線運(yùn)動(dòng)利用動(dòng)能定理有qumv2mv3偏轉(zhuǎn)問(wèn)題 (1)運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 不計(jì)重力的帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，受到方向與初速度方向垂直的靜電力作用而做類平拋運(yùn)動(dòng) (2)處理方法： 分析方法類平拋運(yùn)動(dòng)的合成與分解 a垂直于電場(chǎng)線方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng) b平行于電場(chǎng)線方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)基本過(guò)程，如右圖所示幾個(gè)結(jié)論設(shè)粒子帶電荷量為q，質(zhì)量為m，兩平行金屬板間的電壓為u，板長(zhǎng)為l，板間距離為d，(忽略重力影響)，則有a加速度：a.b在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間：tc位移yat2d速度vyv，tan 1構(gòu)造 電子槍，偏轉(zhuǎn)電極，熒光屏(如圖所示)2工作原理(1)yy上加的是待顯示的信號(hào)電壓，xx上是機(jī)器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓，叫做掃描電壓(2)觀察到的現(xiàn)象如果在偏轉(zhuǎn)電極xx和yy之間都沒(méi)有加電壓，則電子槍射出的電子沿直線運(yùn)動(dòng)，打在熒光屏中心，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑若所加掃描電壓和信號(hào)電壓的周期相等，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)變化的穩(wěn)定圖象,1如圖所示，矩形區(qū)域abcd內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩個(gè)帶正電的粒子a和b以相同的水平速度射入電場(chǎng)，粒子a由頂點(diǎn)a射入，從bc的中點(diǎn)p射出，粒子b由ab的中點(diǎn)o射入，從頂點(diǎn)c射出若不計(jì)重力，則a和b的比荷(即粒子的電荷量與質(zhì)量之比)是(d)a12 b21 c18 d81解析：兩粒子在電場(chǎng)中均做類平拋運(yùn)動(dòng)，則沿初速度方向有：xv0t，垂直于初速度方向：yt2，即y，則有：81，d項(xiàng)正確2如圖所示，質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子以初速度v0進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，極板的長(zhǎng)度為l，電容器極板中央到光屏的距離也是l.已知帶電粒子打到光屏的p點(diǎn)，求偏移量op的大小解析：粒子離開電場(chǎng)時(shí)的偏移距離為：y1，離開電場(chǎng)時(shí)的偏角為：tan ，離開電場(chǎng)后偏移距離為：y2tan ，屏上p點(diǎn)偏移中心o的距離為：yy1y2.答案：3如圖所示，長(zhǎng)l1.2 m、質(zhì)量m3 kg的木板靜止放在傾角為37的光滑斜面上，質(zhì)量m1 kg、帶電荷量q2.5104 c的物塊放在木板的上端，木板和物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.1，所在空間加有一個(gè)方向垂直斜面向下、場(chǎng)強(qiáng)e4.0104 n/c的勻強(qiáng)電場(chǎng)現(xiàn)對(duì)木板施加一平行于斜面向上的拉力f10.8 n取g10 m/s2，斜面足夠長(zhǎng)求：(1)物塊經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間離開木板？(2)物塊離開木板時(shí)木板獲得的動(dòng)能(3)物塊在木板上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能解析：(1)物塊向下做加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度為a1，木板的加速度為a2，則由牛頓第二定律：對(duì)物塊：mgsin 37(mgcos 37qe)ma1，對(duì)木板：mgsin 37(mgcos 37qe)fma2，又a1t2a2t2l，得物塊滑過(guò)木板所用時(shí)間t s.(2)物塊離開木板時(shí)木板的速度v2a2t3 m/s.其動(dòng)能為：ek2mv27 j.(3)由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能為：qf摩x相(mgcos 37qe)l2.16 j.答案：(1) s(2)27 j(3)2.16 j課時(shí)作業(yè)一、單項(xiàng)選擇題 1如圖，帶電粒子p所帶的電荷量是帶電粒子q的3倍，它們以相等的速度v0從同一點(diǎn)出發(fā)，沿著跟電場(chǎng)強(qiáng)度垂直的方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，分別打在m、n點(diǎn)，若ommn，則p和q的質(zhì)量之比為(a)a34 b43c32 d23解析：帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，y得mqx2，代入已知條件得mpmq34，a正確2平行板間有如圖所示的周期性變化的電壓重力不計(jì)的帶電粒子靜止在平行板中央，從t0時(shí)刻開始將其釋放，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)碰板情況在如圖所示的圖象中，能正確定性描述粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象的是(a)解析：0時(shí)間內(nèi)粒子做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，t時(shí)間內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，由對(duì)稱性可知，在t時(shí)刻速度減為零此后周期性重復(fù)，故a對(duì)3如圖所示，地面上某區(qū)域存在著豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，一個(gè)質(zhì)量為m的帶負(fù)電的小球以水平方向的初速度v0由o點(diǎn)射入該區(qū)域，剛好通過(guò)豎直平面中的p點(diǎn)，已知連線op與初速度方向的夾角為45，則此帶電小球通過(guò)p點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為(d)amv b.mvc2mv d.mv解析：由題意可知小球到p點(diǎn)時(shí)水平位移和豎直位移相等，即：v0tvpyt，合速度vpv0，ekpmvmv，故選d.4示波管是一種多功能電學(xué)儀器，它的工作原理可以等效成下列情況：如圖所示，真空室中電極k發(fā)出電子(初速度不計(jì))，經(jīng)過(guò)電壓為u1的加速電場(chǎng)后，由小孔s沿水平金屬板a、b間的中心線射入板間金屬板長(zhǎng)為l，相距為d，當(dāng)a、b間電壓為u2時(shí)電子偏離中心線飛出電場(chǎng)打到熒光屏上而顯示亮點(diǎn)已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，不計(jì)電子重力，下列情況中一定能使亮點(diǎn)偏離中心距離變大的是(b)au1變大，u2變大 bu1變小，u2變大cu1變大，u2變小 du1變小，u2變小解析：當(dāng)電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)速度的反向延長(zhǎng)線一定經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中水平位移的中點(diǎn)，所以電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角度越大(偏轉(zhuǎn)距離越大)，亮點(diǎn)距離中心就越遠(yuǎn)設(shè)電子經(jīng)過(guò)u1加速后速度為v0，根據(jù)題意得：eu1mv，電子在a、b間做類平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向的分速度為：vyat，結(jié)合式，速度的偏轉(zhuǎn)角滿足：tan .顯然，欲使變大，應(yīng)該增大u2、l，或者減小u1、d.正確選項(xiàng)是b.5如圖所示，靜止的電子在加速電壓u1的作用下從o經(jīng)p板的小孔射出，又垂直進(jìn)入平行金屬板間的電場(chǎng)，在偏轉(zhuǎn)電壓u2的作用下偏轉(zhuǎn)一段距離現(xiàn)使u1加倍，要想使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生變化，應(yīng)該(a)a使u2加倍b使u2變?yōu)樵瓉?lái)的4倍c使u2變?yōu)樵瓉?lái)的倍d使u2變?yōu)樵瓉?lái)的解析：要使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡不變，則應(yīng)使電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后任一水平位移x所對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)距離y保持不變由yat2和qu1mv得y，可見在x、y一定時(shí)，u2u1.故a項(xiàng)正確二、不定項(xiàng)選擇題6如圖所示，絕緣細(xì)線下掛著一帶電小球，它的質(zhì)量為m，整個(gè)裝置處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中小球平衡時(shí)，細(xì)線與豎直方向的夾角為，重力加速度為g，則(ad)a小球一定是帶正電b小球所受的電場(chǎng)力等于mgc若剪斷懸線，則小球做曲線運(yùn)動(dòng)d若剪斷懸線，則小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)解析：對(duì)小球受力分析如圖所示，由qe的方向知小球帶正電，a項(xiàng)正確；當(dāng)45時(shí)，qemg，故b項(xiàng)錯(cuò)誤；剪斷細(xì)線，小球在恒力f的作用下由靜止做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，c項(xiàng)錯(cuò)誤、d項(xiàng)正確7如圖所示：a、b是電場(chǎng)中某一電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，一正電荷以初速度v0從a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，只受電場(chǎng)力作用，規(guī)定正電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能為零，正電荷的電勢(shì)能與位移的關(guān)系如圖所示下面判斷正確的是(ad)a沿ab方向電場(chǎng)強(qiáng)度不變b沿ab方向電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸變大c電場(chǎng)方向由a指向bd電場(chǎng)方向由b指向a解析：根據(jù)題圖可知，由a到b電勢(shì)能均勻增大，則電場(chǎng)力做負(fù)功且隨位移均勻增大，即電場(chǎng)力大小恒定，方向?yàn)橛蒪到a，又電荷帶正電，則電場(chǎng)方向由b指向a，選項(xiàng)a、d正確8有三個(gè)質(zhì)量相等的分別帶有正電、負(fù)電和不帶電的微粒，從極板左側(cè)中央以相同的水平初速度v先后垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入，分別落到極板a、b、c處，如圖所示，則下列說(shuō)法正確的有(abc)a落在a處的微粒帶正電，b處的不帶電，c處的帶負(fù)電b三個(gè)微粒在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：tctbtac三個(gè)微粒在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度aaabacd三個(gè)微粒到達(dá)極板時(shí)的動(dòng)能ekaekbekc解析：微粒在水平方向上均做勻速直線運(yùn)動(dòng)，且水平速度相同，三微粒在水平方向上的位移，xcxbxa.則三微粒的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：tc，tb，ta所以tctbta.微粒在豎直方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，則有：aatabtact，所以aaabac，所以落在a處的微粒必帶正電，b處的不帶電，而c處的帶負(fù)電，a、c選項(xiàng)正確，b正確根據(jù)動(dòng)能定理得：a處：mgqaeekamv2；b處：mgekbmv2；c處：mgqceekcmv2；所以d項(xiàng)錯(cuò)誤9如圖所示，平行板電容器充電后形成一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，大小保持不變讓質(zhì)子(h)流以不同初速度，先、后兩次垂直電場(chǎng)射入，分別沿a 、b軌跡落到極板的中央和邊緣，則質(zhì)子沿b軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)(bcd)a加速度更大 b初速度更大c動(dòng)能增量一樣大 d兩次的電勢(shì)能增量相同解析：根據(jù)a，可知質(zhì)子流豎直方向上的加速度相同，由于偏轉(zhuǎn)位移大小相等，根據(jù)yat2知運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，故水平位移越大，初速度越大，a項(xiàng)錯(cuò)誤，b項(xiàng)正確；由于電場(chǎng)力相同，在電場(chǎng)力方向的豎直位移相同，故電場(chǎng)力做功一樣，動(dòng)能增量一樣，電勢(shì)能增量也一樣，c項(xiàng)正確，d項(xiàng)正確10豎直放置的平行金屬板a、b連接一恒定電壓，兩個(gè)電荷m和n以相同的速率分別從極板a邊緣和兩板中間沿豎直方向進(jìn)入板間電場(chǎng)，恰好從極板b邊緣射出電場(chǎng)，如圖所示，不考慮電荷的重力和它們之間的相互作用，下列說(shuō)法正確的是(ab)a兩電荷的電荷量可能相等b兩電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等c兩電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度相等d兩電荷離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能相等解析：帶電粒子在電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng)可分解為沿電場(chǎng)方向的勻加速運(yùn)動(dòng)與垂直電場(chǎng)方向的勻速運(yùn)動(dòng)兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，所以兩電荷在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等；又因?yàn)閐at2，a，因?yàn)槠D(zhuǎn)量d不同，故q可能不同由動(dòng)能定理可知，兩電荷離開電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能不相等，故正確答案為a、b.三、非選擇題11如圖所示，真空中存在空間范圍足夠大的、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)中，一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球，從o點(diǎn)出發(fā)，初速度的大小為v0，在重力與電場(chǎng)力的共同作用下恰能沿與場(chǎng)強(qiáng)的反方向成角做勻減速直線運(yùn)動(dòng)求：(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的大??；(2)小球運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)之間的電勢(shì)差解析：(1)小球做直線運(yùn)動(dòng)，故重力與電場(chǎng)力的合力必與v0在一條直線上，即tan ，得e.(2)小球做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)fma得：ma，a，最大位移s；水平位移xscos ；電勢(shì)差uex.答案：(1)(2)12絕緣光滑水平面內(nèi)有一圓形有界勻強(qiáng)電場(chǎng)，其俯視圖如圖所示，圖中xoy所在平面與光滑水平面重合，場(chǎng)強(qiáng)方向與x軸正向平行，電場(chǎng)的半徑為r m，圓心o與坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，場(chǎng)強(qiáng)e2 n/c，一帶電荷量為q1105 c，質(zhì)量m1105 kg的帶負(fù)電的粒子，由坐標(biāo)原點(diǎn)o處以速度v01 m/s沿y軸正方向射入電場(chǎng)，求：(1)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(2)粒子出射點(diǎn)的位置坐標(biāo)；(3)粒子射出時(shí)具有的動(dòng)能解析：(1)粒子沿x軸方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a，eqma，xat2，沿y軸方向做勻速運(yùn)動(dòng)：yv0t，x2y2r2，解得：t1 s.(2)粒子射出電場(chǎng)邊界時(shí)，在負(fù)x軸上運(yùn)動(dòng)的位移為xat2t21 m；在y軸方向運(yùn)動(dòng)的位移為yv0t1 m；位置坐標(biāo)為x1 m，y1 m.(3)出射時(shí)的動(dòng)能由動(dòng)能定理得：eq|x|ekmv，代入解得：ek2.5105 j.答案：(1)1 s(2)(1 m，1 m)(3)2.5105 j13一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球以水平初速度v0進(jìn)入豎