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- 2021-05-25 发布
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专题9 带电粒子在电场中的运动
2019年高三期末、一模物理试题分项解析
1.(2019重庆九校联盟12月联考)在如图所示的平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限区域内有沿y轴正方向(竖直向上)的匀强电场,电场强度大小E0=50 N/C;第Ⅳ象限区域内有一宽度d=0.2 m、方向沿x轴正方向(水平向右)的匀强电场。质量m=0.1 kg、带电荷量q=+1×10-2 C的小球从y轴上P点以一定的初速度垂直y轴方向进入电场,通过第Ⅰ象限后,从x轴上的A点进入第Ⅳ象限,并恰好沿直线通过该区域后从B点离开,已知P、A的坐标分别为(0,0,4),(0,4,0),取重力加速度g=10 m/s2。求:
(1)初速度v0的大小;
(2)A、B两点间的电势差UAB;
(3)小球经过B点时的速度大小。
(2)设水平电场的电场强度大小为E,因未进入电场前,带电小球做类平抛运动,所以进入电场时竖直方向的速度
因为小球在该电场区域恰好做直线运动,所以合外力的方向与速度方向在一条直线上,即速度方向与合外力的方向相同,有
解得E=50 N/C
2.(12分)(2019山西太原五中期末)如图所示,竖直平面xOy内有两个宽度均为首尾相接的电场区域ABED、BCFE。在ABED场区存在沿轴负y方向、大小为E的匀强电场,在BCFE场区存在大小为E、沿某一方向的匀强电场,且两个电场区域竖直方向均无限大。现有一个质量为m,电荷量为q带正电的粒子以某一初速度从坐标为(0,)的P点射入ABED场区,初速度方向水平向右。粒子恰从坐标为(,/2)的Q点射入BCFE场区,且恰好做加速直线运动,带电粒子的重力忽略不计,求:
(1)(6分) 粒子进入ABED区域时的初速度大小;
(2)(6分)粒子从CF边界射出时的速度大小。
【名师解析】
(1)在ABED由匀变速曲线运动规律
在水平方向有:L=v0t 在竖直方向有:
由牛顿定律:Eq=ma
联立方程解得:
3.(2019北京东城期末)如图装置可用来研究电荷间的相互作用,带电球A静止于绝缘支架上质量为 m,电荷量为q的带电小球B用长为L的绝缘轻绳悬挂,小球处于静止状态时绳与竖直方向的夹角为此时小球B受的电场力水平向右,小球体积很小,重力加速度用g 表示求:
小球B所受电场力的大小F;
带电球A在小球B处产生的电场强度的大小E:
由于漏电,A的电荷量逐渐减小至零,与此同时小球B缓慢回到最低点,求此过程中 电场力对B做的功不计其他能量损失.
【名师解析】
小球B受水平向右的库仑力、重力、绳子的拉力,根据平衡条件,则有:
;
解得小球B所受电场力的大小为:
;
球在A球所在位置产生的电场强度大小为:;
带电球A在小球B处产生的电场强度的大小;
由于漏电,A的电荷量逐渐减小至零,与此同时小球B缓慢回到最低点,求此过程中电场力对B做的功.
【方法归纳】对小球B进行正确受力分析,小球受水平向右的库仑力、重力、绳子的拉力,根据平衡条件列式求解库仑力,
根据求解小球B处产生的电场强度的大小;
依据动能定理,即可求解电场力做功.
本题结合物体平衡考查了库仑定律的应用,同时掌握动能定理的应用,注意小球B缓慢回到最低点过程中,动能不变是解题的关键,属于简单基础题目,是一道考查基础知识的好题.
4.(2019辽宁大连八中质检)如图所示,A、B为两块平行金属板,极板间电压为,板中央有小孔O和现有足够多的电子源源不断地从小孔O由静止进入A、B之间在B板右侧,平行金属板M、N长,板间距离,在距离M、N右侧边缘处有一荧光屏P,当M、N之间未加电压时电子沿M板的下边沿穿过,打在荧光屏上的并发出荧光现给金属板M、N之间加一个如图所示的变化电压,在时刻,M板电势低于N板已知电子质量为,电量为C.
每个电子从B板上的小孔射出时的速度多大?
打在荧光屏上的电子范围是多少?
打在荧光屏上的电子的最大动能是多少?
,说明所有的电子都可以飞出M、N.
此时电子在竖直方向的速度大小为
电子射出极板MN后到达荧光屏P的时间为
电子射出极板MN后到达荧光屏P的偏移量为
电子打在荧光屏P上的总偏移量为,方向竖直向下;
y的计算方法Ⅱ:由三角形相似,有
即
解得
当时,电子飞出电场的动能最大,
答:每个电子从B板上的小孔射出时的速度是
打在荧光屏上的电子范围是;
打在荧光屏上的电子的最大动能是J.
【方法归纳】电场力对电子做功,电子的动能增加;
打在荧光屏上的电子在y方向的位移是电场中的偏转与电场外y方向的运动两部分组成的,要分别计算出;
计算电子的动能要计算电子的合速度.
电子先经加速电场加速,后经偏转电场偏转,是常见的问题,本题的难点是加速电压是周期性变化的,推导出偏转距离与两个电压的关系是关键,同时要挖掘隐含的临界状态.
5. (2019河北衡水质检) 有一个匀强电场,电场线和坐标平面xOy平行,以原点O为圆心,半径的圆周上任意一点P的电势,为O、P两点的连线与x轴正方向所成的角,A、B、C、D为圆周与坐标轴的四个交点如图所示.
求该匀强电场场强的大小和方向.
若在圆周上D点处有一个粒子源,能在xOy平面内发射出初动能均为200eV的粒子氦核当发射的方向 不同时,粒子会经过圆周上不同的点在所有的这些点中,粒子到达哪一点的动能最大?最大动能是多少eV?
所以电场方向沿y轴负向
匀强电场的电场强度
答:该匀强电场场强的大小为,方向为沿y轴负向.
粒子到达c点的动能最大,最大动能是280eV.
【方法归纳】根据电势的表达式确定出等势线,从而得出电场强度的方向,根据电势差与电场强度的关系求出电场强度的大小.
粒子带正电,由动能定理知粒子到达c点时的动能最大,由动能定理求解.
本题通过电势的表达式得出等势线是解决本题的关键,知道电势差与电场强度的关系,注意在中,d表示沿电场线方向上的距离.
6.(8分)
(2019石家庄精英中学二调)如图所示,一根光滑绝缘细杆与水平面成α=30°角倾斜固定。细杆的一部分处在场强方向水平向右的匀强电场中,场强大小E=2×104 N/C,在细杆上套有一个带负电的小球,小球带电量q=1×10﹣5 C、质量m=3×10﹣2 kg,现使小球从细杆的顶端A由静止开始沿细杆滑下,并从B点进入电场,小球在电场中滑至最远处C点。已知AB间距离x1= 0.4 m,g=10 m/s2,求:
(1) 小球通过B点时的速度大小vB;
(2)小球进入电场后滑行的最大距离x2;
(3)试画出小球从A点运动到C点过程中的v﹣t图象。
【名师解析】
(1)对小球从A点到B点的过程,由动能定理得(1分)
解得vB=2 m/s(1分)
小球从A点运动到C点过程中的v﹣t图象如图所示(2分)
7. 电子扩束装置由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成。偏转电场由加了电压相距为d的两块水平平行放置的导体板组成,如图(a)所示。大量电子由静止开始,经电压为U1的加速电场加速后,连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入偏转电场;当两板不带电时,这些电子通过两板之间的时间为2t0,当在两板间加如图(b)所示的周期为2t0、偏转电压峰值为U0的交变电压时所有电子恰好都能从两板间通过,已知电子的电荷量为-e,质量为m,电子重力和它们之间相互作用力均忽略不计;求:
(1)电子进入偏转电场的初速度v0大小;
(2)偏转电场的电压U0 ;
(3)哪个时刻进入偏转电场的电子,会从距离中线上方飞出偏转电场。
【名师解析】(14分)
(1)电子在加速电场中,由动能定理得:
(2分)
解得: (1分)
(2)电子在偏转电场中做分段类平抛运动 水平方向匀速运动,速度vx = v0
竖直方向做分段匀变速运动,其速度-时间图象如图所示。
从图可以看出在t = nt0 (n = 0,1,2,…)时刻进入偏转电场电子,出偏转电场时上、下偏移量最大,(1分)
依题意得: (1分) 由牛顿第二定律: (2分)
由运动学公式: (2分)
解得偏转电压: (1分)
所以在(n =0,1,2,…)时刻进入偏转电场的电子,会从中线上方飞出偏转电场 (1分)
同理可得:(n =1,2,3,…)时刻进入偏转电场的电子,也会从中线上方飞出偏转电场 (1分)