（广东版）2013届高三物理第二轮专题复习（专家概述+解题思路与方法+专题测试）专题六 带电粒子在电场中的运动

1 专题六专题六 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 专家概述专家概述 一 本专题的重点和难点内容一 本专题的重点和难点内容 1 带电粒子在电场中受电场力 电场力计算公式有 是两个静止qEF 2 r Qq kF 的点电荷之间的作用力 2 在匀强电场中 电场强度公式 在一个点电荷电场中 电场强度公式 d U q F E 2 r Q kE 3 带电粒子在电场中的能量有动能 有电势能 电场力做功公式 2 2 1 mv qqUW 4 在电场中 可用电场线描述电场 电场线密表示电场强 电场线疏表示电场弱 顺 着电场线移动 电势降低 5 平行板电容器涉及的公式有 CUQ dk S C 4 S Qk d U E 4 二 本专题的解题思路与方法二 本专题的解题思路与方法 1 运动问题仍然按力学总结的方法执行 其它问题见下面 2 正电荷在电场中受电场力方向与电场方向相同 正电荷顺电场线移动 电场力做正 功 电势能降低 负电荷正好相反 3 电源与电容器相连不断开 电容器电压等于电源电动势 电源与电容器相连后 再 断开 电容器电量不变 4 带电粒子在平行板电容器中的运动 平行极板方向为匀速直线运动 垂直极板方向 为匀变速直线运动 5 验电器只能检查物体是否带电 静电计不仅可以检查物体是否带电 还可以测量静 电压 经典例说经典例说 例 1 珠海二模 如图 Q1 Q2是真空中的两个等量正点电荷 O 为它们连线中点 是位于其连线的中垂线上的两点 现用 分别表示这三点的电场强度大小 ab o E a E b E 用 分别表示这三点的电势高低 则 o a b 2 A B o E a E b E o E a E b E C D o a b o a b 答案 C 分析 每个点电荷在它周围空间产生电场 两个点电荷的总电场是它们两个电场的矢量 合成 合成方法遵守平行四边形法则 在此我们只记忆大概的样子即可 解 O 点处电场强度为零 向上下两侧移动 电场强度逐渐增大到最大值后再减小 直 到无穷远为零 选项 ABD 错误 顺电场线电势降低 选项 C 正确 小结 等势面与电场线垂直 顺着电场线电势降低 电场强度的大小 可用电场线疏密 程度来表示 变式训练 1 上海高考 电场线分布如图所示 电场中a b两点的电场强度 大小分别为已知和 电势分别为和 则 a E b E a b A B ab EE ab ab EE ab C D ab EE ab ab EE ab 2 上海高考 两个等量异种点电荷位于x轴上 相对原点对称分布 正确描述电势随 位置变化规律的是图 x 例 2 深圳二模 一电子仅受电场力作用 从高电势处移动到低电势处 则 A 电场力对电子做正功 B 电子的电势能减少 C 电子的动能减少 D 电子的动能和电势能的总和保持不变 答案 CD 分析 电子在电场中只受电场力 动能与电势能相互转化 总能量守恒 解 电子带负电 电子在电势高处电势能小 电子从高电势处移到低电势处 电势能变 大 电场力做负功 动能减小 选项 A 错误 选项 B 错误 选项 C 正确 根据能量守恒 选 项 D 正确 微观粒子不计重力势能 小结 电场力做正功时 电势能减小 与在重力场的物体类似 重力做正功时 重力势 1 Q 2 Q a b o 3 能减小 变式训练 3 惠州一调 一电荷在电场中只在电场力作用下从静止开始 则它一定 A 向场强小的地方运动 B 向电势低的地方运动 C 向其电势能小的地方运动 D 沿某条电场线运动 4 揭阳二模 一个带电粒子在静电场中由静止释放 仅受电场力的作用 则 A 加速度一定不变 B 运动轨迹一定与电场线重合 C 运动轨迹可能与等势面保持垂直 D 电势能可能逐渐减少 例 3 揭阳一模 如图 一带电粒子以某速度进入水平向右的匀 强电场中 仅在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹 点在轨迹的 最右方 则 A 此粒子带负电 B 粒子在 点的速率最大 C 粒子在 点的速率最小 D 粒子在电场中的电势能始终在增加 答案 AC 分析 带电粒子在电场中受电场力 与速度方向有一定夹角 所以做曲线运动 解 由图轨迹可以看出 粒子受向左的力 所以此粒子带负电 选项 A 正确 电场力做 负功时 动能减小 选项 C 正确 选项 B 错误 粒子在电场中的电势能先增加后减小 选项 D 错误 小结 处理此类型题时 一定要确定初速度方向 电场力方向 夹角为锐角时 电场力 做正功 动能增大 夹角为钝角时 电场力做负功 动能减小 变式训练 5 天津高考 一带负电荷的质点 在电场力作用下沿曲线 abc 从 a 运动到 c 已知质点的 速率是递减的 关于 b 点电场强度 E 的方向 下列图示可能正确的是 虚线是曲线 b 点的切线 4 6 湛江二模 如图所示 实线表示匀强电场的电场线 虚线表示某一带电粒子从 a 点进 入电场时通过该电场区域的运动轨迹 a b 是轨迹上的两点 若带电粒子在运动中只受电场 力作用 则由此图可作出正确的判断是 A 粒子带正电 B 粒子在 a 点的电势能大于在 b 点的电势能 C 粒子在 a 点的加速度大于在 b 点的加速度 D 粒子在 a 点的速度小于在 b 点的速度 例 4 安徽高考 如图 a 所示 两平行正对的金属板 A B 间加有如图 b 所示的交变 电 压 一重力可忽略不计的带正电粒子被固 定在两板的正中间 P 处 若在 t0时刻释放该粒 子 粒子会时而向 A 板运动 时而向 B 板运动 并最终打在 A 板上 则 t0可能属于的时间段是 A 0 0 4 T t B 0 3 24 TT t C 0 3 4 T tT D 0 9 8 T Tt 答案 B 分析 带电粒子为正电 受电场力向右 最终打在 A 板上 这就要求向右运动的少 向 左运动的多 才能达到此目的 解 若 0 0 4 T t 带正电粒子先加速向 B 板运动 再减速运动至零 然后再反方向加 速运动 减速运动至零 如此反复运动 每次向右运动的距离大于向左运动的距离 最终打 在 B 板上 所以 A 错误 若 0 3 24 TT t 带正电粒子先加速向 A 板运动 再减速运动至零 然后再反方向加速运动 减速运动至零 如此反复运动 每次向左运动的距离大于向右运动 的距离 最终打在 A 板上 所以 B 正确 若 0 3 4 T tT 带正电粒子先加速向 A 板运动 再 减速运动至零 然后再反方向加速运动 减速运动至零 如此反复运动 每次向左运动的距 离小于向右运动的距离 最终打在 B 板上 所以 C 错误 若 0 9 8 T Tt 带正电粒子先加速 向 B 板运动 再减速运动至零 然后再反方向加速运动 减速运动至零 如此反复运动 每 次向右运动的距离大于向左运动的距离 最终打在 B 板上 所以 D 错误 小结 带电粒子在交变电场中受电场力的方向是变化的 因此该粒子的运动可能出现调 P t UAB UO UO O T 2T AB 图 a 图 b 5 头的可能 若加速 减速时间相同 则向一个方向运动 否则 左右来回运动 变式训练 7 浙江高考 如图甲所示 静电除尘装置中有一长为 L 宽为 b 高为 d 的矩形通道 其 前 后面板使用绝缘材料 上 下面板使用金属材料 图乙是装置的截面图 上 下两板与 电压恒定的高压直流电源相连 质量为 m 电荷量为 q 分布均匀的尘埃以水平速度 v0进入 矩形通道 当带负电的尘埃碰到下板后其所带电荷被中和 同时被收集 通过调整两板间距 d 可以改变收集效率 当 d d0时为 81 即离下板 0 81d0范围内的尘埃能够被收集 不 计尘埃的重力及尘埃之间的相互作用 1 求收集效率为 100 时 两板间距的最大值为 m d 2 求收集率与两板间距的函数关系 d 3 若单位体积内的尘埃数为 n 求稳定工作时单位时间下板收集的尘埃质量与 Mt 两板间距 d 的函数关系 并绘出图线 8 湛江一模 如图所示是一种电容式传感器的部分电路 A 为固定电极 B 为可动电极 A B 组成一个电容大小可变的平行板电容器 当待测压力 F 施加在可动电极 B 上时 可动电 极可以向上下平行移动 从而改变了电容器的电容 图中 S 一直闭合 如果施加图中所示的 压力 F 可以观察到原来静止的带电小球将要 A 静止不动 B 向上运动 C 向下运动 D 无法判断 例 5 广州二模 如图所示 匀强电场中某电场线上的两点 A B 相距 0 2m 正电荷 q 10 6C 从 A 移到 B 电场力做功为 2 10 6J 则 A 该电场的场强为 10V m B 该电场的方向由 A 向 B C A B 间的电势差为 10V D B 点的电势比 A 点的高 A B 6 答案 AB 分析 带电粒子在电场中运动 电场力做功 在匀强电场中 qUW EdU 解 根据 W qEd 得 E 10V m 选项A 正确 电场力做正功 说明电场力向右 正电荷 受力方向与电场强度方向一致 选项 B 正确 根据 U Ed 得 U 2V 选项 C 错误 顺着电场 方向 电势降低 选项 D 错误 小结 正电荷顺电场线运动 电场力做正功 电势能减小 动能增大 顺电场力移动 电势降低 变式训练 9 肇庆二模 一个正电荷在电场中沿某一电场线由 M 点移动到 N 点 在此过程中有可能 的是 A 电场力的大小不断变大 B 电场力的大小保持不变 C 电荷克服电场力做功 D 电荷的电势能不断变大 1