高考物理二轮复习第部分专题突破篇专题带电粒子在电场中的运动799.pdf

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1、第 1 页 专题七 带电粒子在电场中的运动 考点 1|电场的性质难度：中档题 题型：选择题 五年 7 考 (2021江苏高考 T4)如图 1 所示，一圆环上均匀分布着正电荷，x轴垂直于环面且过圆心O.以下关于x轴上的电场强度与电势的说法中正确的选项是()图 1 AO点的电场强度为零，电势最低 BO点的电场强度为零，电势最高 C从O点沿x轴正方向，电场强度减小，电势升高 D从O点沿x轴正方向，电场强度增大，电势降低【解题关键】解此题的关键有两点：(1)圆环正电荷均匀分布，x轴上各处的场强方向及x轴平行(2)沿电场方向电势降低，但电场强度不一定减小 第 2 页 B 根据电场的叠加原理与电场线的性质

2、解题 根据电场的对称性与电场的叠加原理知，O点的电场强度为零在x轴上，电场强度的方向自O点分别指向x轴正方向与x轴负方向，且沿电场线方向电势越来越低，所以O点电势最高在x轴上离O点无限远处的电场强度为零，故沿x轴正方向与x轴负方向的电场强度先增大后减小选项 B 正确 (2021江苏高考 T3)一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图 2 所示，容器内外表为等势面，A、B为容器内外表上的两点，以下说法正确的选项是()图 2 AA点的电场强度比B点的大 B小球外表的电势比容器内外表的低 CB点的电场强度方向及该处内外表垂直 D将检验电荷从A点沿不同路径移到B点

3、，电场力所做的功不同【解题关键】解此题的关键有三点：(1)电场线越密的地方电场强度越大(2)电场线一定及该处的等势面垂直(3)电场力做功的大小由始末两点的电势差及移动的电荷量共同决定 C 由题图知，B点处的电场线比A点处的密，那么A点的电第 3 页 场强度比B点的小，选项 A 错误；沿电场线方向电势降低，选项 B错误；电场强度的方向总及等势面导体外表垂直，选项 C 正确；检验电荷由A点移动到B点，电场力做功一定，及路径无关，选项 D错误 (多项选择)(2021全国卷T21)如图 3 所示，在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点，M、N、P为直角三角形的三个顶点，F为MN的中点，M30.M、N

4、、P、F四点处的电势分别用M、N、P、F表示，MN，PF，点电荷Q在M、N、P三点所在平面内，那么()图 3 A点电荷Q一定在MP的连线上 B连接PF的线段一定在同一等势面上 C将正拭探电荷从P点搬运到N点，电场力做负功 DP大于M【解题关键】解此题的关键有两点：(1)正点电荷Q形成电场及等势面的特点(2)灵活应用三角形的几何关系 AD 此题根据点电荷形成电场中等势面的特点及在任何电场中电场线及等势面垂直的特性进展解题 电场是由正点电荷产生的，所以电场线由正点电荷指向无穷远处，并且跟点电荷距离相等的点，电势相等，场强大小相等 由于MN，PF，所以点电荷Q到M与N的距离相等，到P与F的第 4 页

5、 距离相等，即过F作MN的中垂线，然后作FP的中垂线，两中垂线的交点为点电荷Q所在的位置，由几何知识得Q在MP上，如下图，应选项 A 正确；点电荷形成的电场中等势面是球面，应选项 B 错误；正试探电荷及Q同号，所以受斥力作用，故将其从P点搬运到N点时，电场力做正功，应选项 C 错误；由几何关系知点电荷Q距M的距离大，距P的距离小，所以Mabac，vavcvb Baaabac，vbvcva Cabacaa，vbvcva Dabacaa，vavcvb【解题关键】解此题的关键有三点：(1)点电荷电场线、等势线的分布特点(2)带电粒子运动轨迹与受力的关系(3)电场力做功及动能的变化关系 D a、b、c

6、三点到固定的点电荷P的距离rbrcEcEa，故带电粒子Q在这三点的加速度abacaa.由运动轨迹可知带电粒子Q所受P的电场力为斥力，从a到b电场力做负功，由动能定理|qUab|12mv2b12mv2a0，那么vb0，vcvb，又|Uab|Ubc|，那么vavc，故vavcvb，选项 D正确 (2021 全国卷T24)如图 13 所示，一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子在匀强电场中运动，A、B为其运动轨迹上的两点 该粒子在A点的速度大小为v0，方向及电场方向的夹角为 60；它运动到B点时速度方向及电场方向的夹角为30.不计重力 求A、B两点间的电势差 图 13【解题关键】解此题可按以下思路：(

7、1)重力不计，只受电场力，A、B两点在垂直电场方向分速度相等(2)求电势差，可考虑应用动能定理【解析】设带电粒子在B点的速度大小为vB.粒子在垂直于电场方向的速度分量不变，即 vBsin 30v0sin 60 由此得 第 16 页 vB3v0 设A、B两点间的电势差为UAB，由动能定理有 qUAB12m(v2Bv20)联立式得 UABmv20q.【答案】mv20q 1高考考察特点 高考对本考点的考察重在应用动力学观点与动能定理分析计算带电粒子在电场运动过程中的受力、做功及能量变化 2解题的常见误区及提醒(1)常见典型电场的电场线、等势面的分布特点(2)电场线、等势面及运动轨迹结合点及题目中力的

8、方向判断(3)动能定理应用时易出现分解的错误 考向 1 电场中的直线运动 9(2021武汉二模)如图 14 所示，倾斜放置的平行板电容器两极板及水平面夹角为，极板间距为d，带负电的微粒质量为m、带电量为q，从极板M的左边缘A处以初速度v0水平射入，沿直线运动并从极板N的右边缘B处射出，那么()【导学号：25702031】图 14 第 17 页 A微粒到达B点时动能为12mv20 B微粒的加速度大小等于gsin C两极板的电势差UMNmgdqcos D微粒从A点到B点的过程电势能减少mgdcos C 物体在运动过程中，受力如下图 由于物体受力不在一条直线上，因此不可能做匀速直线运动，到达B点的动

9、能一定不是12mv20，因此 A 错误；将电场力分解到水平方向与竖直方向上，可知，Eqcos mg，Eqsin ma，因此加速度大小为gtan，B 错误；电容器内的电场强度Emgqcos，因此两板间的电势差为UEdmgdqcos，C 正确；从A向B运动的过程中，由于电场力做负功，电势能增加，D 错误 考向 2 电场中的曲线运动 10(2021西安六校联考)如图 15 所示，水平放置、相距为d的两块平行金属板M、N及电源相连，开关 S 闭合后，M、N间产生了匀强电场，一个重力及电场力相等的带电粒子垂直于电场方向从M板边缘射入电场，粒子恰好打在N板中央，重力加速度为g.图 15(1)假设开关 S

10、闭合，为了让粒子恰能飞出电场，应将N板向下第 18 页 平移多少？(2)假设开关 S 断开且粒子初速度大小变为原来的 3 倍，重力忽略不计，为了让粒子恰能飞出电场，应将N板向上平移多少？【解析】设电源电压为U，粒子初速度为v0，金属板长为L(1)当开关 S 闭合时，两板间电压不变，由类平抛规律知 L2v0t1，d12qEmgmt21gt21 设N板向下平移距离为x1，粒子恰能飞出电场，那么有 Lv0t2，dx112qEmgmt22gt22 联立可得x13d.(2)当开关 S 断开时，两板所带电荷量不变，电场强度E不变，设N板上移距离为x2，那么 L3v0t3，dx212qEmt2312gt23

11、 联立解得x279d.【答案】(1)3d(2)79d 考向 3 电场中的力电综合问题 11(2021东北三省五市联考)如图 16 所示，一绝缘“形杆由两段相互平行的足够长的水平直杆PQ、MN与一半径为R的光滑半圆环MAP组成，固定在竖直平面内，其中MN杆是光滑的，PQ杆是粗糙的现将一质量为m的带正电荷的小环套在MN杆上，小第 19 页 环所受的电场力为重力的12.图 16(1)假设将小环由D点静止释放，那么刚好能到达P点，求DM间的距离；(2)假设将小环由M点右侧 5R处静止释放，设小环及PQ杆间的动摩擦因数为，小环所受最大静摩擦力及滑动摩擦力大小相等，求小环在整个运动过程中克制摩擦力所做的功

12、【解析】(1)设DM间距离为x，对小环从D点到P点过程由动能定理得 qEx2mgR00 又有qE12mg 解得x4R.(2)假设12，那么mgqE 设小环到达P点右侧距离P点x1处静止，由动能定理得 qE(5Rx1)2mgRmgx10 解得x1R12 那么整个运动过程中克制摩擦力所做的功 Wfmgx1mgR12 第 20 页 假设12，那么mgqE 小环经过往复运动，最后不能达P点右侧，全过程由动能定理得 qE5R2mgRWf0 解得Wf12mgR.【答案】(1)4R(2)假设12，WfmgR12 假设12，Wf12mgR 带电粒子在电场中的运动问题的解题思路(1)首先分析粒子的运动规律，区分

13、是在电场中的直线运动还是曲线运动问题(2)对于直线运动问题，可根据对粒子的受力分析及运动分析，从以下两种途径进展处理：如果是带电粒子在恒定电场力作用下做直线运动的问题，应用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等 如果是非匀强电场中的直线运动，一般利用动能定理研究全过程中能的转化，研究带电粒子的速度变化、运动的位移等(3)对于曲线运动问题，如是类平抛运动模型，通常采用运动的合成及分解方法处理通过对带电粒子的受力分析与运动规律分析，应用动力学方法或功能方法求解 热点模型解读|平行板电容器中带电粒子运动模型 第 21 页 考题 2021江苏高考 T15 2021 全国卷T1

14、4 2021 山东高考 T20 模型展示 加速及偏转模型 带电粒子在电场中的动力学问题 带电体在变化电场中的运动 考题 2021江苏高考 T15 2021 全国卷T14 2021 山东高考 T20 模型解读 带电体在平行板电容器间的运动，实际上就是在电场力作用下的力电综合问题，依然需要根据力学解题思路求解，解题过程要遵从以下根本步骤：(1)确定研究对象(是单个研究对象还是物体组)；(2)进展受力分析(分析研究对象所受的全部外力其中电子、质子、正负离子等根本微观粒子在没有明确指出或暗示时一般不计重力，而带电油滴、带电小球、带电尘埃等宏观带电体一般要考虑其重力)；(3)进展运动分析(分析研究对象所

15、处的运动环境是否存在束缚条件，并根据研究对象的受力情况确定其运动性质与运动过程)；(4)建立物理等式(由平衡条件或牛顿第二定律结合运动学规律求第 22 页 解，对于涉及能量的问题，一般用动能定理或能量守恒定律列方程求解.典例(2021商丘二模)如图 17 所示，R0为定值电阻，电源电动势E恒定，内阻不能忽略，当开关闭合，滑片P位于滑动变阻器R左端点a时，水平放置的平行金属板间有一带电液滴正好处于静止状态，在将滑片P由左端点a滑向右端点b的过程中，以下关于液滴的带电情况及运动情况(液滴始终没及极板相碰)分析正确的选项是()图 17 A液滴带正电，液滴将向上做匀加速直线运动 B液滴带正电，液滴将以

16、原平衡位置为中心做往复运动 C液滴带正电，液滴将向上先做变加速再做变减速直线运动 D液滴带负电，液滴将向上做变速直线运动【解题指导】当开关闭合，滑片P位于滑动变阻器R左端点a时，液滴在重力与电场力作用下处于平衡状态，所以电场力竖直向上，由题图知下极板带正电，即液滴一定带正电，D 项错误；因滑片由左端点a滑向右端点b的过程中，外电路总电阻先增大后减小，电路的总电流先减小后增大，内电压先减小后增大，即电源的路端电压先增大后减小，所以电容器两极板间电压先增大后减小，由EUd可知电容器两极板间电场强度先增大后减小，但方向不变，所以液滴的加速度先增大后减小，方向一直向上，即液滴将向上先做变加速运动再做变

17、减速直线运动，C 项正确，A、B 项错误 第 23 页【答案】C 拓展应用 如图 18(a)所示，平行板电容器间距为d，两板所加电压如图(b)所示，t0 时刻，质量为m、带电荷量为q的粒子以平行于极板的速度v0T时恰好落在下极板上，带电粒子的重力不计，在这一过程中，求：图 18(1)该粒子的水平位移；(2)粒子落到下极板时的速度【解析】(1)带电粒子在水平方向不受外力作用，做匀速直线运动，因此水平位移为 sv0tv0Tv0T.(2)带电粒子落在下极板上时在竖直方向的分速度为 vya32T3qU02mdT 粒子落在下极板上时的速度大小为 vv2xv2y v209q2U20T24m2d2.v0T(2)v209q2U20 T24m2d2