高考物理一轮复习第七章静电场课时规范练25带电粒子在电场中的综合问题新人教版.doc

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1、1 / 11【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习第七章静电场课时规范练精选高考物理一轮复习第七章静电场课时规范练2525 带电粒子在电场中的综合问题新人教版带电粒子在电场中的综合问题新人教版基础巩固组基础巩固组1.(1.(带电粒子在交变电场中的运动带电粒子在交变电场中的运动)(2017)(2017甘肃兰州甘肃兰州区期中区期中) )将如图所将如图所示的交流电压加在平行板电容器示的交流电压加在平行板电容器 A A、B B 两板上两板上, ,开始开始 B B 板电势比板电势比 A A 板电势高板电势高, ,这这时有一个原来静止的电子正处在两板的中间时有一个原来静止的电子正处在两板的中

2、间, ,它在电场力作用下开始运动它在电场力作用下开始运动, ,设设 A A、B B 两极板间的距离足够大两极板间的距离足够大, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.电子一直向着 A 板运动B.电子一直向着 B 板运动C.电子先向 A 板运动,然后返回向 B 板运动,之后在 A、B 两板间做周期性往复运动D.电子先向 B 板运动,然后返回向 A 板运动,之后在 A、B 两板间做周期性往复运动答案 D2 / 11解析根据交流电压的变化规律,作出电子的加速度 a、速度 v 随时间变化的图线,如图甲、乙。从图中可知,电子在第一个内做匀加速直线运动,第二个内做匀减速直线运动,在这半周期内

3、,因初始 B 板电势比 A 板电势高,所以电子向 B 板运动,加速度大小为。在第三个内电子做匀加速直线运动,第四个内做匀减速直线运动,但在这半周期内运动方向与前半周期相反,向 A 板运动,加速度大小为。所以电子在交变电场中将以 t=时刻所在位置为平衡位置做周期性往复运动,综上分析选项 D 正确。2.(2.(多选多选)(2017)(2017河北唐山模拟河北唐山模拟) )粗糙绝缘的水平桌面上粗糙绝缘的水平桌面上, ,有两块竖直平行有两块竖直平行相对而立的金属板相对而立的金属板 A A、B B。板间桌面上静止着带正电的物块。板间桌面上静止着带正电的物块, ,如图甲所示如图甲所示, ,当两金属板加图乙

4、所示的交流电压时当两金属板加图乙所示的交流电压时, ,设设 t1t1 时刻物块开始运动时刻物块开始运动( (最大静摩最大静摩擦力与滑动摩擦力可认为相等擦力与滑动摩擦力可认为相等),),则则( ( ) )A.在 0t1 时间内,物块受到逐渐增大的摩擦力,方向水平向左B.在 t1t3 时间内,物块受到的摩擦力先逐渐增大,后逐渐减小C.t3 时刻物块的速度最大D.t4 时刻物块的速度最大答案 AC3 / 11解析在 0t1 时间内,电场力小于最大静摩擦力,物块静止,静摩擦力与电场力大小相等,即 Ff=qE=q,随电压增大,摩擦力增大,但是正电荷所受电场力与电场同向,均向右,所以摩擦力方向水平向左,选

5、项 A 正确;在 t1t3 时间内,电场力大于最大静摩擦力,物块一直加速运动,摩擦力为滑动摩擦力,由于正压力即是物块的重力,所以摩擦力不变,选项 B 错误;t3 到 t4 阶段,电场力小于摩擦力,但物块仍在运动且为减速运动,故 t3 时刻速度最大,选项C 正确,D 错误。导学号 064003343.3.(带电粒子在交变电场中的运动)(2017贵州安顺县月考)平行板间加如图所示的周期性变化的电压,重力不计的带电粒子静止在平行板中央,从 t=时刻开始将其释放,运动过程无碰板情况,则能定性描述粒子运动的速度图象的是( )答案 A解析每半个周期两板间的电压恒定,板间电场为匀强电场,粒子所受电场力恒定,

6、因此粒子从时刻开始在电场中做匀加速直线运动,在 T 时刻电场反向,电场力大小不变,粒子做匀减速直线运动,在 T 时刻速度减为零,以后循环此过程。4 / 114.4.(多选)(应用动力学知识和功能关系解决力电综合问题)如图所示,光滑的水平轨道 AB 与半径为 R 的光滑的半圆形轨道 BCD 相切于 B 点,AB 水平轨道部分存在水平向右的匀强电场,半圆形轨道在竖直平面内,B 为最低点,D为最高点。一质量为 m、带正电的小球从距 B 点 x 的位置在电场力的作用下由静止开始沿 AB 向右运动,恰能通过最高点,则( )A.R 越大,x 越大B.R 越大,小球经过 B 点后瞬间对轨道的压力越大C.m

7、越大,x 越大D.m 与 R 同时增大,电场力做功增大答案 ACD解析小球在 BCD 做圆周运动,在 D 点,mg=,小球由 B 到 D 的过程中有-2mgR=,解得 vB=,R 越大,小球经过 B 点时的速度越大,则 x 越大,选项 A 正确;在 B 点有 FN-mg=m,解得 FN=6mg,与 R 无关,选项 B 错误;由 Eqx=,知 m、R 越大,小球在 B 点的动能越大,则 x 越大,电场力做功越多,选项 C、D 正确。5 / 115.5.(“等效法”处理带电粒子在复合场中的运动)如图所示,绝缘光滑轨道 AB部分是倾角为 30的斜面,AC 部分为竖直平面上半径为 R 的圆轨道,斜面与

8、圆轨道相切。整个装置处于电场强度为 E、方向水平向右的匀强电场中。现有一个质量为 m 的带正电小球,电荷量为 q=,要使小球能安全通过圆轨道,在 O 点的初速度应满足什么条件?答案 v解析小球先在斜面上运动,受重力、电场力、支持力,然后在圆轨道上运动,受重力、电场力、轨道作用力,如图所示,类比重力场,将电场力与重力的合力视为等效重力 mg,大小为 mg=,tan =,得 =30,等效重力的方向与斜面垂直指向右下方,小球在斜面上匀速运动。因要使小球能安全通过圆轨道,在圆轨道的“等效最高点”(D 点)满足“等效重力”刚好提供向心力,即有:mg=,因 =30与斜面的倾角相等,由几何关系知=2R,令小

9、球以最小初速度 v0 运动,由动能定理知:-2mgR=,解得 v0=,因此要使小球安全通过圆轨道,初速度应满足 v。导学号 064003356 / 11能力提升组能力提升组6.(20176.(2017海南文昌期末海南文昌期末) )如图甲所示如图甲所示, ,在真空中足够大的绝缘水平地面上在真空中足够大的绝缘水平地面上, ,一个质量为一个质量为 m=0.2m=0.2 kg,kg,电荷量为电荷量为 q=2.010-6q=2.010-6 C C 的小物块处于静止状态的小物块处于静止状态, ,小物块与地面间的动摩擦因数小物块与地面间的动摩擦因数 =0.1=0.1。从。从 t=0t=0 时刻开始时刻开始,

10、 ,空间加上一个如空间加上一个如图乙所示的电场强度大小和方向呈周期性变化的电场图乙所示的电场强度大小和方向呈周期性变化的电场( (取水平向右为正方取水平向右为正方向向,g,g 取取 1010 m/s2),m/s2),求求: :(1)23 s 内小物块的位移大小;(2)23 s 内电场力对小物块所做的功。答案(1)47 m (2)9.8 J解析(1)02 s 内小物块的加速度为 a1由牛顿第二定律得 E1q-mg=ma1,即 a1=2 m/s2,位移 x1=a1=4 m2 s 末的速度为 v2=a1t1=4 m/s24 s 内小物块的加速度为 a2,由牛顿第二定律得 E2q-mg=ma2即 a2

11、=-2 m/s2位移的大小 x2=x1=4 m,4 s 末小物块的速度为 v4=07 / 11因此小物块做周期为 4 s 的匀加速和匀减速运动第 22 s 末的速度为 v22=4 m/s,第 23 s 末的速度 v23=v22+a2t=2 m/s(t=23 s-22 s=1 s)所求位移为 x=x1+t=47 m。(2)23 s 内,设电场力对小物块所做的功为 W,由动能定理得W-mgx=解得 W=9.8 J。7.(20177.(2017河南洛阳名校联考河南洛阳名校联考) )在电场方向水平向右的匀强电场中在电场方向水平向右的匀强电场中, ,一带电一带电小球从小球从 A A 点竖直向上抛出点竖直

12、向上抛出, ,其运动的轨迹如图所示。小球运动的轨迹上其运动的轨迹如图所示。小球运动的轨迹上A A、B B 两点在同一水平线上两点在同一水平线上,M,M 为轨迹的最高点。小球抛出时的动能为为轨迹的最高点。小球抛出时的动能为 8.08.0 J,J,在在 M M 点的动能为点的动能为 6.06.0 J,J,不计空气的阻力。求不计空气的阻力。求: :(1)小球水平位移 x1 与 x2 的比值;(2)小球落到 B 点时的动能 EkB;(3)小球从 A 点运动到 B 点的过程中最小动能 Ekmin。答案(1)13 (2)32 J (3) J8 / 11解析(1)如图所示,带电小球在水平方向上受电场力的作用

13、做初速度为零的匀加速运动,竖直方向上只受重力作用做竖直上抛运动,故从 A 到 M 和 M到 B 的时间相等,则 x1x2=13。(2)小球从 A 到 M,水平方向上电场力做功 W 电=6 J,则由能量守恒可知,小球运动到 B 点时的动能为 EkB=Ek0+4W 电=32 J。(3)由于合运动与分运动具有等时性,设小球所受的电场力为 F,重力为 G,则有由图可知,tan =sin =则小球从 A 运动到 B 的过程中速度最小时速度一定与等效重力 G垂直,故 Ekmin=m(v0sin )2= J。导学号 064003368.8.中国科学家中国科学家 20152015 年年 1010 月宣布中国将

14、在月宣布中国将在 20202020 年开始建造世界上最大的年开始建造世界上最大的粒子加速器。加速器是人类揭示物质本源的关键设备粒子加速器。加速器是人类揭示物质本源的关键设备, ,在放射治疗、食品在放射治疗、食品安全、材料科学等方面有广泛应用。安全、材料科学等方面有广泛应用。如图所示,某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管)组成。相邻漂移管分别接在高频脉冲电源的两极。质子从 K 点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管,在漂移管内做匀速直线运动,在漂移管间被电场加速,加速电压视为不变。设质子进入漂移管 B 时速度为 8106 m/s,进9 / 11入漂移管 E 时速度为 1107 m/

15、s,电源频率为 1107 Hz,漂移管间缝隙很小,质子在每个管内运动时间视为电源周期的,质子的荷质比取 1108 C/kg。求:(1)漂移管 B 的长度;(2)相邻漂移管间的加速电压。答案(1)0.4 m (2)6104 V解析(1)设质子进入漂移管 B 的速度为 vB,电源频率、周期分别为 f、T。漂移管 B 的长度为 L,则T=L=vB联立式并代入数据得 L=0.4 m(2)设质子进入漂移管 E 的速度为 vE,相邻漂移管间的加速电压为 U,电场对质子所做的功为 W,质子从漂移管 B 运动到 E 电场做功 W,质子的电荷量为 q、质量为 m,则W=qUW=3W10 / 11W=联立式并代入

16、数据得U=6104 V9.9.如图所示如图所示, ,在粗糙水平面内存在着在粗糙水平面内存在着 2n2n 个有理想边界的匀强电场区个有理想边界的匀强电场区, ,水平水平向右的电场和竖直向上的电场相互间隔向右的电场和竖直向上的电场相互间隔, ,每一电场区域电场强度的大小均每一电场区域电场强度的大小均为为 E,E,且且 E=,E=,电场宽度均为电场宽度均为 d,d,一个质量为一个质量为 m m、带正电的电荷量为、带正电的电荷量为 q q 的物体的物体( (看作质点看作质点),),从第一个向右的电场区域的边缘由静止进入电场从第一个向右的电场区域的边缘由静止进入电场, ,该物体与水该物体与水平面间的动摩

17、擦因数为平面间的动摩擦因数为 ,则物体从开始运动到离开第则物体从开始运动到离开第 2n2n 个电场区域的个电场区域的过程中过程中, ,求求: :(1)电场力对物体所做的总功和摩擦力对物体所做的总功;(2)物体在第 2n 个电场(竖直向上的)区域中所经历的时间;(3)物体在所有水平向右的电场区域中所经历的总时间。答案(1)nmgd -nmgd (2)(3)解析(1)电场力对物体所做的总功 W 电=nEqd=nmgd摩擦力对物体所做的总功 Wf=-nmgd。11 / 11(2)W 电+Wf=mv2解得 v=物体在第 2n 个电场中,电场力竖直向上等于竖直向下的重力,所以物体匀速运动的时间 t=。(3)若将物体在水平向右的加速电场中的运动连起来,物体的运动可以看成初速度为零的匀加速直线运动,nd=t2nd=t2t=。