《2020年高考物理 母題題源系列 專題09 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020年高考物理 母題題源系列 專題09 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)（含解析）（14頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、專題09 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 【母題來源一】2020年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試物理（新課標(biāo)全國Ⅱ卷） 【母題原題】（2020·新課標(biāo)全國Ⅱ卷）靜電場中，一帶電粒子僅在電場力的作用下自M點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，N為粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上的另外一點(diǎn)，則 A．運(yùn)動(dòng)過程中，粒子的速度大小可能先增大后減小 B．在M、N兩點(diǎn)間，粒子的軌跡一定與某條電場線重合 C．粒子在M點(diǎn)的電勢能不低于其在N點(diǎn)的電勢能 D．粒子在N點(diǎn)所受電場力的方向一定與粒子軌跡在該點(diǎn)的切線平行 【答案】AC 【解析】若電場中由同種電荷形成即由A點(diǎn)釋放負(fù)電荷，則先加速后減速，故A正確； 若電場線為曲線，粒子軌

2、跡不與電場線重合，故B錯(cuò)誤。C．由于N點(diǎn)速度大于等于零，故N點(diǎn)動(dòng)能大于等于M點(diǎn)動(dòng)能，由能量守恒可知，N點(diǎn)電勢能小于等于M點(diǎn)電勢能，故C正確；粒子可能做曲線運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。 【母題來源二】2020年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（天津卷） 【母題原題】（2020·天津卷）如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)電場中，質(zhì)量為的帶電小球，以初速度v從點(diǎn)豎直向上運(yùn)動(dòng)，通過點(diǎn)時(shí)，速度大小為2v，方向與電場方向相反，則小球從運(yùn)動(dòng)到的過程 A．動(dòng)能增加 B．機(jī)械能增加 C．重力勢能增加 D．電勢能增加 【答案】B 【解析】由動(dòng)能的表達(dá)式可知帶電小球在M點(diǎn)的動(dòng)能為，在N點(diǎn)的動(dòng)能為，所以動(dòng)能的增量為，故

3、A錯(cuò)誤；帶電小球在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向受重力做勻減速運(yùn)動(dòng)，水平方向受電場力做勻加速運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有，可得，豎直方向的位移，水平方向的位移，因此有，對(duì)小球由動(dòng)能定理有，聯(lián)立上式可解得，，因此電場力做正功，機(jī)械能增加，故機(jī)械能增加，電勢能減少，故B正確D錯(cuò)誤，重力做負(fù)功重力勢能增加量為，故C錯(cuò)誤。 【母題來源三】2020年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（江蘇卷） 【母題原題】（2020·江蘇卷）如圖所示，ABC為等邊三角形，電荷量為+q的點(diǎn)電荷固定在A點(diǎn)．先將一電荷量也為+q的點(diǎn)電荷Q1從無窮遠(yuǎn)處（電勢為0）移到C點(diǎn)，此過程中，電場力做功為–W。再將Q1從C點(diǎn)沿CB移到B點(diǎn)并固定

4、。最后將一電荷量為–2q的點(diǎn)電荷Q2從無窮遠(yuǎn)處移到C點(diǎn)。下列說法正確的有 A．Q1移入之前，C點(diǎn)的電勢為 B．Q1從C點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中，所受電場力做的功為0 C．Q2從無窮遠(yuǎn)處移到C點(diǎn)的過程中，所受電場力做的功為2W D．Q2在移到C點(diǎn)后的電勢能為–4W 【答案】ABD 【解析】由題意可知，C點(diǎn)的電勢為，故A正確；由于B、C兩點(diǎn)到A點(diǎn)()的距離相等，所以B、C兩點(diǎn)的電勢相等，所以從C點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中，電場力做功為0，故B正確；由于B、C兩點(diǎn)的電勢相等，所以當(dāng)在B點(diǎn)固定后，C點(diǎn)的電勢為，所以從無窮遠(yuǎn)移到C點(diǎn)過程中，電場力做功為：故C錯(cuò)誤；由于C點(diǎn)的電勢為，所以電勢能為，故D正

5、確。 【命題意圖】考查帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)遵循的規(guī)律，涉及重力、電場力、類平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)，意在考查考生對(duì)物理規(guī)律的理解能力和綜合分析能力。 【考試方向】能運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解解決帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題；用動(dòng)力學(xué)方法解決帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)問題。帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)有可能會(huì)以選擇題或計(jì)算題的形式出現(xiàn)，也有可能會(huì)結(jié)合帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)命題。 【得分要點(diǎn)】針對(duì)本專題的特點(diǎn)，應(yīng)“抓住兩條主線、明確兩類運(yùn)動(dòng)、運(yùn)用兩種方法”解決有關(guān)問題.兩條主線是指電場力的性質(zhì)(物理量——電場強(qiáng)度)和能的性質(zhì)(物理量——電勢和電勢能)；兩類運(yùn)動(dòng)是指類平拋運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)；兩種方法是指

6、動(dòng)力學(xué)方法和功能關(guān)系。 （1）帶電粒子在電場中加速 若不計(jì)粒子的重力，則電場力對(duì)帶電粒子做的功等于帶電粒子動(dòng)能的增量。 ①在勻強(qiáng)電場中：； ②在非勻強(qiáng)電場中： （2）帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) ①條件分析：帶電粒子垂直于電場線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場； ②運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：勻變速曲線運(yùn)動(dòng)； ③處理方法：分解成相互垂直的兩個(gè)方向上的直線運(yùn)動(dòng)，類似于平拋運(yùn)動(dòng)； ④運(yùn)動(dòng)規(guī)律： 沿初速度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間：能穿過電場時(shí)；不能穿過電電場時(shí) 沿電場力方向，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)： 加速度 離開電場時(shí)的偏移量 離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角的正切 （3）帶電粒子在電場中做直線運(yùn)動(dòng)(加速或減速)的方法：

7、①能量方法——能量守恒定律； ②功能關(guān)系——?jiǎng)幽芏ɡ恚? ③力和加速度方法——牛頓運(yùn)動(dòng)定律，勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式。 （4）帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)的觖題思路 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)，綜合了靜電場和力學(xué)的知識(shí)，分析方法和力學(xué)的分析方法基本相同：先分析受力情況再分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過程；然后選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律解題。 ①由于帶電微粒在勻強(qiáng)電場中所受電場力與重力都是恒力，因此其處理方法可用正交分解法。先將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)互相正交的簡單的直線運(yùn)動(dòng)，而這兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律我們可以掌握，然后再按運(yùn)動(dòng)合成的觀點(diǎn)，去求出復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的相關(guān)物理量。 ②用能量觀點(diǎn)處理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)，從功能觀點(diǎn)出發(fā)分析帶電

8、粒子的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，在對(duì)帶電粒子受力情況和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，再考慮應(yīng)用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律(動(dòng)能定理、能量轉(zhuǎn)化守恒定律等)解題。 （5）帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng) 這是一類力學(xué)和電學(xué)的綜合類問題，解決此類問題，仍然遵循力學(xué)的處理思路、方法、規(guī)律，但是交變電壓的周期性變化，勢必會(huì)引起帶電粒子的某個(gè)運(yùn)動(dòng)過程和某些物理量的周期性變化，所以應(yīng)注意： ①分過程解決．“一個(gè)周期”往往是我們的最佳選擇。 ②建立模型．帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程往往能在力學(xué)中找到它的類似模型。 ③正確的運(yùn)動(dòng)分析和受力分析：合力的變化影響粒子的加速度(大小、方向)變化，而物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)則由加速度和速度的方向關(guān)系確定。 1．（

9、2020·黑龍江省大慶市第一中學(xué)高三第四次模擬）某電場的電場線分布如圖所示，a、b是電場中的兩點(diǎn)，則 A．a(chǎn)點(diǎn)的電勢低于b點(diǎn)的電勢 B．電荷在a點(diǎn)的電勢能大于在b點(diǎn)的電勢能 C．a(chǎn)點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于b點(diǎn)的電場強(qiáng)度 D．正電荷在a點(diǎn)由靜止釋放，僅在電場力作用下可以沿電場線運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn) 【答案】C 【解析】根據(jù)沿著電場線方向電勢不斷降低，可知a點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢，A錯(cuò)誤；根據(jù)，可知電勢能的大小不僅與電勢的高低有關(guān)，還與電荷的正負(fù)有關(guān)，因不知道電荷的電性，故無法判斷電勢能的大小，B錯(cuò)誤；電場線越密，電場強(qiáng)度越大，則a點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于b點(diǎn)的電場強(qiáng)度，C正確；正電荷所受電場力沿電場線切線

10、方向，若將一正試探電荷由a點(diǎn)靜止釋放，電荷將離開原電場線，不可能沿電場線運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，D錯(cuò)誤。 2．（2020·北京市101中學(xué)三模）讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物以相同的初動(dòng)能在同一位置垂直射入水平放置的一對(duì)平行板形成的勻強(qiáng)電場，不計(jì)離子的重力和離子間的相互作用，離子束從進(jìn)入到射出該偏轉(zhuǎn)電場的過程中，下列說法正確的是 A．偏轉(zhuǎn)電場對(duì)每個(gè)離子做功相等 B．偏轉(zhuǎn)電場對(duì)每個(gè)離子沖量相同 C．在偏轉(zhuǎn)電場中它們形成兩股離子束 D．在偏轉(zhuǎn)電場中它們形成一股離子束 【答案】C 【解析】偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：，偏轉(zhuǎn)距離為：，偏轉(zhuǎn)電場做功為：，由于一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的電荷量不同

11、，所以做功不同，故A錯(cuò)誤；偏轉(zhuǎn)電場對(duì)每個(gè)離子沖量為：，所以轉(zhuǎn)電場對(duì)每個(gè)離子沖量不相同，故B錯(cuò)誤；由可知，一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子的軌跡相同，二價(jià)氦離子的軌跡與前兩者不同，所以在偏轉(zhuǎn)電場中它們形成兩股離子束，故C正確，D錯(cuò)誤。 3．（2020·山東省淄博市高三三模）如圖所示，實(shí)線為兩個(gè)點(diǎn)電荷Q1、Q2產(chǎn)生的電場的電場線，虛線為電子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，則下列判斷正確的是 A．A點(diǎn)的場強(qiáng)小于B點(diǎn)的場強(qiáng) B．Q1的電荷量大于Q2的電荷量 C．電子在A點(diǎn)的電勢能大于在B點(diǎn)的電勢能 D．電子在A點(diǎn)的速度大于在B點(diǎn)的速度 【答案】D 【解析】根據(jù)“電場線的密疏表示場強(qiáng)的大小”可知，A

12、點(diǎn)的場強(qiáng)比B點(diǎn)的場強(qiáng)大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)電場線分布情況可知，Q1、Q2是同種電荷。由點(diǎn)電荷周圍電場線較密可知點(diǎn)電荷Q2帶電荷量較多，即Q1

13、平面內(nèi)的一簇等勢線，等勢線形狀相對(duì)于x軸、y軸對(duì)稱，且相鄰兩等勢線的電勢差相等，圖中實(shí)線為某個(gè)電子通過電場區(qū)域時(shí)的軌跡示意圖，關(guān)于此電子從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)過程中，下列說法正確的是 A．a(chǎn)點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢 B．電子在a點(diǎn)的加速度大于在b點(diǎn)的加速度 C．電子在a點(diǎn)的動(dòng)能大于在b點(diǎn)的動(dòng)能 D．電子在a點(diǎn)的電勢能大于在b點(diǎn)的電勢能 【答案】D 【解析】根據(jù)等勢線與電場線垂直，可作出電場線，電子所受的電場力與場強(qiáng)方向相反，故電子在y軸左側(cè)受到一個(gè)斜向右下方的電場力，在y軸右側(cè)受到一個(gè)斜向右上方的電場力，故電子沿x軸方向一直加速，對(duì)負(fù)電荷是從低電勢向高電勢運(yùn)動(dòng)，則a點(diǎn)的電勢低于b點(diǎn)的電

14、勢，故A錯(cuò)誤。根據(jù)等勢線的疏密知道b處的電場線也密，場強(qiáng)大，電子在b點(diǎn)的加速度大，故B錯(cuò)誤。根據(jù)負(fù)電荷在電勢高處電勢能小，可知電子的電勢能一直減小，則電子在a處的電勢能大于在b處的電勢能；電子的電勢能減小，則電子動(dòng)能增加，電子在a點(diǎn)的動(dòng)能小于在b點(diǎn)的動(dòng)能，故C錯(cuò)誤，D正確。 5．（2020·山東省山東師范大學(xué)附屬中學(xué)高一期中）如圖，一帶電粒子以某速度進(jìn)入水平向右的勻強(qiáng)電場中，僅在電場力作用下形成圖中所示的運(yùn)動(dòng)軌跡。M和N是軌跡上的兩點(diǎn)，其中M點(diǎn)在軌跡的最右邊。不計(jì)重力，下列表述錯(cuò)誤的是 A．該粒子帶負(fù)電 B．粒子在電場中的加速度不變 C．粒子在M點(diǎn)的動(dòng)能最大 D．粒子在M點(diǎn)的電勢

15、能最大 【答案】C 【解析】在勻強(qiáng)電場中，粒子所受電場力的方向與場強(qiáng)方向相同或相反；粒子做曲線運(yùn)動(dòng)，粒子僅受電場力，則電場力的方向指向軌跡的凹側(cè)；所以粒子在M點(diǎn)所受電場力的方向如圖，即粒子所受電場力方向與場強(qiáng)方向相反，粒子帶負(fù)電。故A項(xiàng)正確。粒子僅受電場力，粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)，所受電場力不變；據(jù)牛頓第二定律可得，，則粒子在電場中的加速度不變。故B項(xiàng)正確。M點(diǎn)在軌跡的最右邊，則整個(gè)軌跡上M點(diǎn)的電勢最低，帶負(fù)電的粒子在M點(diǎn)的電勢能最大；粒子僅受電場力，粒子的動(dòng)能與電勢能之和不變，則粒子在M點(diǎn)的動(dòng)能最小。故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。 6．（2020·山東省臨沂市高三第三次模擬）在豎直向上的勻強(qiáng)

16、電場中，有兩個(gè)質(zhì)量相等、帶異種電荷的小球A、B（均可視為質(zhì)點(diǎn)）處在同一水平面上?，F(xiàn)將兩球以相同的水平速度v0向右拋出，最后落到水平地面上，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，兩球之間的靜電力和空氣阻力均不考慮，則 A．A球帶正電，B球帶負(fù)電 B．A球比B球先落地 C．在下落過程中，A球的電勢能減少，B球的電勢能增加 D．兩球從拋出到各自落地的過程中，A球的動(dòng)能變化量比B球的小 【答案】AD 【解析】兩球在水平方向都做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由x=v0t知，v0相同，則A運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比B的長，豎直方向上，由h=at2，h相等，可知，A的合力比B的小，所以A的電場力向上，帶正電，B的電場力向下，帶負(fù)電，故A正確

17、。A運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比B的長，則B球比A球先落地，故B錯(cuò)誤。A的電場力向上，電場力對(duì)A球做負(fù)功，A球的電勢能增加。B的電場力向下，電場力對(duì)B球做正功，B球的電勢能減小，故C錯(cuò)誤。A的合力比B的小，則A的合力做功較少，由動(dòng)能定理知A球的動(dòng)能變化小，故D正確。 7．（2020·遼寧省大連市高三第二次模擬）如圖所示，在豎直放置的平行金屬板A、B之間加有恒定電壓U，A、B兩板的中央留有小孔O1、O2，在B板的右側(cè)有平行于極板的勻強(qiáng)電場E，電場范圍足夠大，感光板MN垂直于電場方向固定放置。第一次從小孔O1處由靜止釋放一個(gè)質(zhì)子，第二次從小孔Ol處由靜止釋放一個(gè)α粒子，關(guān)于這兩個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)，下列判斷正確的是

18、 A．質(zhì)子和α粒子在O2處的速度大小之比為1：2 B．質(zhì)子和α粒子在整個(gè)過程中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等 C．質(zhì)子和α粒子打到感光板上時(shí)的動(dòng)能之比為1：2 D．質(zhì)子和α粒子打到感光板上的位置相同 【答案】CD 【解析】根據(jù)動(dòng)能定理：，解得：，所以質(zhì)子和α粒子在O2處的速度大小之比：，A錯(cuò)誤；在A、B間：，質(zhì)子的加速度大，所以質(zhì)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間短，進(jìn)入豎直電場做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平速度質(zhì)子的大，所以質(zhì)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間短，B錯(cuò)誤；對(duì)整個(gè)過程用動(dòng)能定理，設(shè)O2到MN板的電勢差為有：，所以末動(dòng)能與電荷量成正比，所以質(zhì)子和α粒子打到感光板上時(shí)的動(dòng)能之比為1：2，C正確；O2到MN板，豎直方向：，水平方向：聯(lián)立解得：，所

19、以質(zhì)子和α粒子打到感光板上的位置相同，D正確。 8．（2020·天津市十二重點(diǎn)中學(xué)高三畢業(yè)班聯(lián)考）如圖所示，一個(gè)帶電荷量為–Q的點(diǎn)電荷甲，固定在絕緣水平面上的O點(diǎn)。另一個(gè)帶電荷量為+q、質(zhì)量為的點(diǎn)電荷乙，從A點(diǎn)以初速度沿它們的連線向甲運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度為，且為運(yùn)動(dòng)過程中速度的最小值。已知點(diǎn)電荷乙受到的阻力大小恒為，A、B間距離為L0，靜電力常量為，則下列說法正確的是 A．點(diǎn)電荷乙從A點(diǎn)向甲運(yùn)動(dòng)的過程中，加速度先減小再增大 B．點(diǎn)電荷乙從A點(diǎn)向甲運(yùn)動(dòng)的過程中，其電勢能先增大再減小 C．OB間的距離為 D．在點(diǎn)電荷甲形成的電場中，AB間電勢差 【答案】AC 【解析】點(diǎn)電荷乙從

20、A點(diǎn)向甲運(yùn)動(dòng)的過程中，受向左的靜電力和向右的摩擦力，兩球靠近過程中庫侖力逐漸增大，點(diǎn)電荷乙先減速后加速，所以加速度先減小后增大，故A正確；點(diǎn)電荷乙向左運(yùn)動(dòng)過程中電場力一直做正功，因此電勢能一直減小，故B錯(cuò)誤；當(dāng)速度最小時(shí)有：，解得：，故C正確；點(diǎn)電荷從A運(yùn)動(dòng)B過程中，根據(jù)動(dòng)能定理有：，解得：，故D錯(cuò)誤。 9．（2020·內(nèi)蒙古烏蘭察布市集寧一中高一期末）兩平行板間有水平勻強(qiáng)電場，一根長為L，不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)繩的一端連著一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球，另一端固定于O點(diǎn)。把小球拉起直至細(xì)線與電場線平行，然后無初速度釋放。已知小球擺到最低點(diǎn)的另一側(cè)，線與豎直方向的最大夾角為θ=37°（已知si

21、n37°=0.6、cos37°=0.8）求： （1）勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)的大小； （2）小球到最低點(diǎn)的速度的大??； （3）經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，細(xì)線對(duì)小球的拉力的大小。 【答案】（1） （2） （3）FT=2mg 【解析】（1）從開始到最左端的過程中由動(dòng)能定理得： 得: （2）從開始到最低點(diǎn)過程中由動(dòng)能定理得： 得： （3）在最低點(diǎn)受力分析得： ,得： 10．（2020·湖南省長沙市天心區(qū)長郡中學(xué)高一期末）一束初速度不計(jì)的電子流在經(jīng)U=5 000 V的加速電壓加速后在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖所示，若板間距離d=1.0 cm，板長=5.0 cm，電子

22、電荷量e=C，那么 （1）電子經(jīng)過加速電場加速后的動(dòng)能為多少? （2）要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大的電壓? 【答案】（1）J （2）要使電子能飛出，所加電壓最大為400 V 【解析】（1）加速過程，由動(dòng)能定理得:① 解得:eVJ （2）在加速電壓一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓U越大，電子在極板間的偏轉(zhuǎn)距離就越大當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓大 到使電子剛好擦著極板的邊緣飛出，此時(shí)的偏轉(zhuǎn)電壓，即為題目要求的最大電壓. 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，電子在平行于板面的方向上做勻速運(yùn)動(dòng)② 在垂直于板面的方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度:③ 偏轉(zhuǎn)距離④,能飛出的條件為⑤ 解①~⑤式得:V 即要使電子能飛出，所加電壓最大為400 V