2021届高考物理二轮复习-小题提升精练16-带电粒子在电场中运动.doc
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1、2021届高考物理二轮复习 小题提升精练16 带电粒子在电场中运动2021届高考物理二轮复习 小题提升精练16 带电粒子在电场中运动年级:姓名:- 10 -带电粒子在电场中运动(1)带电粒子在匀强电场中的运动;(2)示波管、常见电容器等。例1(2020全国I卷25)在一柱形区域内有匀强电场,柱的横截面积是以O为圆心,半径为R的圆,AB为圆的直径,如图所示。质量为m,电荷量为q(q0)的带电粒子在纸面内自A点先后以不同的速度进入电场,速度方向与电场的方向垂直。已知刚进入电场时速度为零的粒子,自圆周上的C点以速率v0穿出电场,AC与AB的夹角60。运动中粒子仅受电场力作用。(1)求电场强度的大小;
2、(2)为使粒子穿过电场后的动能增量最大,该粒子进入电场时的速度应为多大?(3)为使粒子穿过电场前后动量变化量的大小为mv0,该粒子进入电场时的速度应为多大?【解析】(1)由题意知在A点速度为零的粒子会沿着电场线方向运动,由于q0,故电场线由A指向C,根据几何关系可知:xACR所以根据动能定理有:qExACmv0解得:。(2)根据题意可知要使粒子动能增量最大则沿电场线方向移动距离最多,做AC垂线并且与圆相切,切点为D,即粒子要从D点射出时沿电场线方向移动距离最多,粒子在电场中做类平抛运动,根据几何关系有xRsin 60v1tyyRcos 60at2而电场力提供加速度有:qEma联立各式解得粒子进
3、入电场时的速度:。(3)因为粒子在电场中做类平抛运动,粒子穿过电场前后动量变化量大小为mv0,即在电场方向上速度变化为v0 ,过C点做AC垂线会与圆周交于B点,故由题意可知粒子会从C点或B点射出。当从B点射出时由几何关系有:xBCRv2t2xACRat22电场力提供加速度有:qEma 联立解得:v2v0当粒子从C点射出时初速度为0。【点睛】本题考查带电粒子在电场中加速和偏转问题,要明确粒子的受力与运动情况,同时会用运动的分解处理类平抛运动。1(多选)如图所示,水平放置的平行板电容器,上板带负电,下板带正电,断开电源后一带电小球以速度v0水平射入电场,且沿下板边缘飞出,若下板不动,将上板上移一小
4、段距离,小球仍以相同的速度v0从原处飞入,则带电小球()A将打在下板中央B仍沿原轨迹由下板边缘飞出C不发生偏转,沿直线运动D若上板不动,将下板上移一段距离,小球可能打在下板的中央【答案】BD【解析】将电容器上板向上移动一段距离,电容器所带的电量Q不变,由于E,由公式可知当d减小时,场强E不变,以相同的速度入射的小球仍按原来的轨迹运动,故B正确,A、C错误。若上板不动,将下板上移一段距离时,根据推论可知,板间电场强度不变,粒子所受的电场力不变,粒子轨迹不变,小球可能打在下板的中央,故D正确。2如图所示,R是一个定值电阻,A、B为水平正对放置的两块平行金属板,两板间带电微粒P处于静止状态,则下列说
5、法正确的是()A若增大A、B两金属板的间距,则有向右的电流通过电阻RB若增大A、B两金属板的间距,P将向上运动C若紧贴A板内侧插入一块一定厚度的金属片,P将向上运动D若紧贴B板内侧插入一块一定厚度的陶瓷片,P将向上运动【答案】C【解析】和电源相连,则两极板间的电压恒定,若增大A、B两金属板的间距,根据公式C可知,电容减小,根据公式C可得电容器两极板上所带电荷量减小,故电容器放电,R中有向左的电流,A错误;由于两极板间的电压不变,若增大A、B两金属板的间距,根据公式E可得两极板间的电场强度减小,电场力小于重力,P将向下运动,B错误;若紧贴A板内侧插入一块一定厚度的金属片,相当于两极板间的距离减小
6、,电场强度增大,则电场力大于重力,P向上运动,C正确;若紧贴B板内侧插入一块一定厚度的陶瓷片,相当于r增大,两极板间的电场强度恒定不变,所以电场力不变,P仍静止,D错误。3(多选)如图所示,正方体真空盒置于水平面上,它的ABCD面与EFGH面为金属板,其他面为绝缘材料。ABCD面带正电,EFGH面带负电。从小孔P沿水平方向以相同速率射入三个质量相同的带正电液滴,最后分别落在1、2、3三点,则下列说法正确的是()A三个液滴在真空盒中都做平抛运动B三个液滴的运动时间一定相同C三个液滴落到底板时的速率相同D液滴3所带电荷量最多【答案】BD【解析】三个液滴在水平方向受到电场力作用,水平方向不是匀速直线
7、运动,所以三个液滴在真空盒中不是做平抛运动,选项A错误;由于三个液滴在竖直方向做自由落体运动,三个液滴的运动时间相同,选项B正确;三个液滴落到底板时竖直分速度相等,而水平分速度不相等,所以三个液滴落到底板时的速率不相同,选项C错误;由于液滴3在水平方向位移最大,说明液滴3在水平方向加速度最大,所带电荷量最多,选项D正确。4如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m的带电小球,以初速度v从M点竖直向上运动,通过N点时,速度大小为2v,方向与电场方向相反,则小球从M运动到N的过程()A动能增加mv2B机械能增加2mv2C重力势能增加mv2 D电势能增加2mv2【答案】B【解析】小球动能的增加量Ek
8、m(2v)2mv2mv2,A错误;小球在竖直方向上的分运动为匀减速直线运动,到N时竖直方向的速度为零,则M、N两点之间的高度差h,小球重力势能的增加量Epmghmv2,C错误;电场力对小球做正功,则小球的电势能减少,由能量守恒定律可知,小球减小的电势能等于重力势能与动能的增加量之和,则电势能的减小量Epmv2mv22mv2,D错误;由功能关系可知,除重力外的其他力对小球所做的功在数值上等于小球机械能的增加量,即2mv2,B正确。5(多选)如图所示,水平放置的平行金属板A、B连接一恒定电压,两个质量相等的电荷M和N同时分别从极板A的边缘和两极板的正中间沿水平方向进入板间电场,两电荷恰好在板间某点
9、相遇。若不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用,则下列说法正确的是()A电荷M的电荷量大于电荷N的电荷量B两电荷在电场中运动的加速度相等C从两电荷进入电场到两电荷相遇,电场力对电荷M做的功大于电场力对电荷N做的功D电荷M进入电场的初速度大小与电荷N进入电场的初速度大小一定相同【答案】AC【解析】从轨迹可以看出yMyN,故t2t2,解得,qMqN,故A正确,B错误;根据动能定理,电场力的功WEkmvy2,质量m相同,M电荷竖直分位移大,竖直方向的末速度vy也大,故电场力对电荷M做的功大于电场力对电荷N做的功,故C正确;从轨迹可以看出xMxN,故vMtvNt,故vMvN,故D错误。6(多选)如图所示
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