《2018-2019學年高中物理 精做01 帶電粒子在電場中的加速、偏轉問題大題精做 新人教版選修3-1.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019學年高中物理 精做01 帶電粒子在電場中的加速、偏轉問題大題精做 新人教版選修3-1.doc（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

精做01 帶電粒子在電場中的加速、偏轉問題 1．如圖所示，水平絕緣光滑軌道AB的B端與處于豎直平面內的四分之一圓弧形粗糙絕緣軌道BC平滑連接，圓弧的半徑R=0.40 m。在軌道所在空間存在水平向右的勻強電場，電場強度E=1.0l04 N/C。現(xiàn)有一質量m=0.l0 kg，電荷量q=8.0l0–5 C的帶電體（可視為質點）放在水平軌道上與B端距離s=1.0 m的位置，由于受到電場力的作用帶電體由靜止開始運動，當運動到圓弧形軌道的C端時，速度恰好為零。試求此過程中取g=l0 m/s2）： （1）帶電體在水平軌道上運動的加速度大小及運動到B端時的速度大??； （2）帶電體運動到圓弧形軌道的B端時對圓弧軌道的壓力大??； （3）帶電體沿圓弧形軌道運動過程中，電場力和摩擦力對帶電體所做的功各是多少。 【答案】（1）a=8 m/s2 vB=4.0 m/s （2）N=5.0 N （3）W電=0.32 J W摩=–0.72 J （3）因電場力做功與路徑無關，所以帶電體沿圓弧形軌道運動過程中 電場力所做的功W電=qER=0.32 J 設帶電體沿圓弧形軌道運動過程中摩擦力所做的功為W摩，對此過程根據(jù)動能定理有 W電+W摩–mgR=0–，解得W摩=–0.72 J 2．（2018浙江省新高考選考物理終極適應性考試模擬）如圖所示，在豎直平面內有直角坐標系xOy，有一勻強電場，其方向與水平方向成α=30斜向上，在電場中有一質量為m=110－3 kg、電荷量為q=1.010－4 C的帶電小球，用長為L=0.6m的不可伸長的絕緣細線掛于坐標O點，當小球靜止于M點時，細線恰好水平?，F(xiàn)用外力將小球拉到最低點P，然后無初速度釋放，g=10 m/s2。求： （1）電場強度E的大??； （2）小球再次到達M點時的速度； （3）如果小球再次到達M點時，細線突然斷裂，從此時開始計時，小球運動t=1s時間的位置坐標是多少。 【答案】（1）200 N/C （2）6 m/s （3） 【解析】（1）由物體平衡條件得qE=2mg 代入數(shù)據(jù)得：E=200 N/C （2）設小球運動到M點時，小球的速度為v 解得：y=6 m 小球位置坐標為 3．（2018江蘇省無錫市普通高中高三期末考試）如圖，真空中豎直放置的兩塊平行金屬板間加上恒定電壓U0，一質量為m，電荷量為q的正點電荷A從左板處由靜止釋放，從右板的小孔水平射出后，進入一個兩板水平放置的平行板電容器，進入時點電荷貼著上極板，經(jīng)偏轉后從下極板邊緣飛出。已知電容器的電容值為C，極板的間距為d，長度為kd，兩板間電壓恒定。不計點電荷的重力，求： （1）粒子進入水平放置電容器時的速度大??； （2）水平放置的電容器極板所帶電荷量大??； （3）A穿過水平放置電容器的過程中電勢能的增量。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）由動能定理： 得 （2）在電場中偏轉：， 4．飛行時間質譜儀可以對氣體分子進行分析。飛行時間質譜儀主要由脈沖閥、激光器、加速電場、偏轉電場和探測器組成，探測器可以在軌道上移動以捕獲和觀察帶電粒子。整個裝置處于真空狀態(tài)。加速電場和偏轉電場電壓可以調節(jié)，只要測量出帶電粒子的飛行時間，即可以測量出其比荷。如圖所示，脈沖閥P噴出微量氣體，經(jīng)激光照射產生不同價位的離子，自a板小孔進入a、b間的加速電場，從b板小孔射出，沿中線方向進入M、N板間的偏轉控制區(qū)，到達探測器。已知加速電場ab板間距為d，偏轉電場極板M、N的長度為L1，寬度為L2。不計離子重力及進入a板時的初速度。 （1）設離子的比荷為k（k=q/m），當a、b間的加速電壓為U1，在M、N間加上適當?shù)碾妷篣2，試求離子進入偏轉電場時的初速度v；以及探測器偏離開中線的距離y。 （2）當a、b間的電壓為U1時，在M、N間加上適當?shù)碾妷篣2，離子從脈沖閥P噴出到到達探測器的全部飛行時間為t。請推導出離子比荷k的表達式。 【答案】（1） （2） 【解析】（1）帶電粒子在平行板ab間運動時，根據(jù)動能定理 解得 即 （2）帶電粒子在平行板ab間的加速度，即 所以，帶電粒子在平行板ab間的運動時間為 帶電粒子在平行板MN間的運動時間為 所以帶電粒子的全部飛行時間為 解得 【名師點睛】本題關鍵建立運動模型，明確粒子的運動規(guī)律，先直線加速后類平拋運動，然后根據(jù)運動學公式和類平拋運動的分位移公式列式求解，不難。 5．（2018浙江省臺州市高三質量評估）如圖所示，ACB是一條足夠長的絕緣水平軌道，軌道CB處在方向水平向右、大小E=1.0106 N/C的勻強電場中，一質量m=0.25 kg、電荷量q=–2.010–6 C的可視為質點的小物體，在距離C點=6.0 m的A點處，在拉力F=4.0 N的作用下由靜止開始向右運動，當小物體到達C點時撤去拉力，小物體滑入電場中。已知小物體與軌道間的動摩擦因數(shù)μ=0.4，求小物體 （1）到達C點時的速度大??； （2）小物體在電場中運動的時間。 【答案】（1）12 m/s （2）（1+）s 由于qE>μmg，所以小物體送減速后反向向左加速，直到滑出電場 根據(jù)牛頓第二定律，小物體向左加速的加速度為： 小物體在電場中向左運動的時間為： 小物體在電場中運動的總時間為： 6．如圖所示，微粒A位于一定高度處，其質量m=kg，帶電荷量q=+C，質量未知的塑料長方體空心盒子B位于水平地面上，與地面間的動摩擦因數(shù)μ=0.1。B上表面的下方存在著豎直向上的勻強電場，場強大小N/C，B上表面的上方存在著豎直向下的勻強電場，場強大小為0.5E，B上表面開有一系列略大于A的小孔，孔間距滿足一定的關系，使得A進出B的過程中始終不與B接觸，當A以的速度從孔1豎直向下進入B的瞬間，B恰以的速度向右滑行，設B足夠長，足夠高且上表面的厚度不計，取，A恰能順次從各個小孔進出B，試求： （1）從A第一次進入B至B停止運動的過程中，B通過的總路程s； （2）B上至少要開多少個小孔，才能保證A始終不與B接觸； （3）從右到左，B上表面各相鄰小孔之間的距離分別為多大？ 【答案】（1） （2）N=5 （3） 在B外運動的加速度大小a2=20 m/s2 運動的時間 ；。 【名師點睛】該題是較為復雜的往復運動，要求同學們能正確分析每個過程的受力情況，求出加速度、時間和位移，要求較高，難度較大。 7．（2018江蘇省無錫市高二期末）電子從靜止開始被U=180 V的電場加速，沿直線垂直進入另一個場強為E=6 000 V/m的偏轉勻強電場，而后電子從右側離開偏轉電場已知電子比荷為，不計電子的重力，偏轉電極長為求： （1）電子經(jīng)過電壓U加速后的速度vx的大?。? （2）電子在偏轉電場中運動的加速度a的大?。? （3）電子離開偏轉電場時的速度方向與進入該電場時的速度方向之間的夾角。 【答案】（1） （2） （3）45 【解析】（1）對電子的加速過程，應用動能定理得： 代入數(shù)據(jù)解得 （2）由牛頓第二定律可得，電子在偏轉電場中運動的加速度 代入數(shù)據(jù)解得 （3）電子在偏轉電場中做類平拋運動，則 聯(lián)立解得： 8．（2018福建省莆田第六中學年高二期末）如圖所示，一束電子從靜止開始經(jīng)加速電壓U1加速后，以水平速度射入水平放置的兩平行金屬板中間，金屬板長為，兩板距離為d，豎直放置的熒光屏距金屬板右端為L。若在兩金屬板間加直流電壓U2時，光點偏離中線，打在熒光屏的P點，求OP為多少？ 【答案】 9．如圖所示，在豎直放置的鉛屏A的右表面上貼著射線放射源P，已知射線實質為高速電子流，放射源放出粒子的速度v0=1.0m/s。足夠大的熒光屏M與鉛屏A平行放置，相距d=0.02 m，其間有水平向左的勻強電場，電場強度大小E=2.5N/C。已知電子電量e=1.6C，電子質量取m=9.0kg。求： （1）電子到達熒光屏M上的動能； （2）熒光屏上的發(fā)光面積。 【答案】（1）Ek =1.2510-16 J （2）S=2.8310-3 m2 【解析】（1）由動能定理得eEd = Ek－ Ek =J＋J =1.2510-16 J 10．（2018江蘇蘇州高新區(qū)第一中學復習測試）如圖所示，離子發(fā)生器發(fā)射出一束質量為m、電荷量為q的離子，從靜止經(jīng)加速電壓U1加速后，獲得速度v0，并沿垂直于電場方向射入兩平行板中央，受偏轉電壓U2作用后，以速度v離開電場已知平行板長為L，兩板間距離為d，求： （1）v0的大?。? （2）離子在偏轉電場中運動的時間t； （3）離子在離開偏轉電場時的偏移量y； （4）離子在離開偏轉電場時的速度v的大小。 【答案】（1） （2） （3） （4） 【解析】（1）在加速電場中，由動能定理得： 解得： 11．（2015新課標全國Ⅱ卷）如圖所示，一質量為m、電荷量為q（q>0）的粒子在勻強電場中運動，A、B為其運動軌跡上的兩點。已知該粒子在A點的速度大小為v0，方向與電場方向的夾角為60；它運動到B點時速度方向與電場方向的夾角為30。不計重力。求A、B兩點間的電勢差。 【答案】 【解析】設帶電粒子在B點的速度大小為vB，粒子在垂直于電場方向的速度分量不變 即vBsin 30=v0sin 60 由此得 設A、B兩點間的電熱差為UAB，由動能定理有： 解得 12．（2015安徽卷）在xOy平面內，有沿y軸負方向的勻強電場，場強大小為E（圖中未畫出），由A點斜射出一質量為m，帶電荷量為+q的粒子，B和C是粒子運動軌跡上的兩點，如圖所示，其中l(wèi)0為常數(shù)。粒子所受重力忽略不計。求： （1）粒子從A到C過程中電場力對它做的功； （2）粒子從A到C過程所經(jīng)歷的時間； （3）粒子經(jīng)過C點時的速率。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1） （2）根據(jù)拋體運動的特點，粒子在x方向做勻速直線運動，由對稱性可知軌跡最高點D在y軸上，可 【規(guī)律總結】電場力做功與路徑無關；拋體運動用正交分解法分解到水平和豎直兩個方向來做，加上電場就是多了個電場力，再由牛頓第二定律求加速度；平拋運動就是水平和豎直兩個方向，先分解再合成。 13．（2016北京卷）如圖所示，電子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后，沿平行于版面的方向射入偏轉電場，并從另一側射出。已知電子質量為m，電荷量為e，加速電場電壓為。偏轉電場可看作勻強電場，極板間電壓為U，極板長度為L，板間距為d。 （1）忽略電子所受重力，求電子射入偏轉電場時的初速度v0和從電場射出時沿垂直板面方向的偏轉距離Δy； （2）分析物理量的數(shù)量級，是解決物理問題的常用方法。在解決（1）問時忽略了電子所受重力，請利用下列數(shù)據(jù)分析說明其原因。已知，，，，。 （3）極板間既有靜電場也有重力場。電勢反映了靜電場各點的能的性質，請寫出電勢的定義式。類比電勢的定義方法，在重力場中建立“重力勢”的概念，并簡要說明電勢和“重力勢”的共同特點。 【答案】（1） （2）由于，因此不需要考慮電子所受重力 （3）電勢和 （2）考慮電子所受重力和電場力的數(shù)量級，有 重力 電場力 由于，因此不需要考慮電子所受重力 （3）電場中某點電勢定義為電荷在該點的電勢能與其電荷量q的比值，即 由于重力做功與路徑無關，可以類比靜電場電勢的定義，將重力場中物體在某點的重力勢能與其質量m的比值，叫做“重力勢”，即 電勢和重力勢都是反映場的能的性質的物理量，僅由場自身的因素決定 【方法技巧】帶電粒子在電場中偏轉問題，首先要對帶電粒子在這兩種情況下進行正確的受力分析，確定粒子的運動類型。解決帶電粒子垂直射入電場的類型的題，應用平拋運動的規(guī)律進行求解。此類型的題要注意是否要考慮帶電粒子的重力，原則是：除有說明或暗示外，對基本粒子（例如電子，質子、α粒子、離子等）一般不考慮重力；對帶電微粒（如液滴、油滴、小球、塵埃等）一般要考慮重力。