2018_2019学年高中物理专题1.9带电粒子在电场中的运动试题新人教版选修3_1

1、第 9 节带电粒子在电场中的运动一、带电粒子在电场中运动时是否考虑重力1基本粒子：如电子、质子、离子、 粒子等在没有明确指出或暗示的情况下重力一般忽略不计。2带电颗粒：如油滴、液滴、尘埃、带电小球等在没有明确指出或暗示的情况下重力一般不能忽略。二、带电粒子在电场中的加速运动带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场，带电粒子将做运动。有两种分析方法：用动力学的观点分析，。用功能的观点分析：粒子只受电场力作用，电场力做的功等于物体动能的变化，。三、带电粒子在匀强电场中的偏转1研究条件：带电粒子电场的方向进入匀强电场。2处理方法：类似于平抛运动，应用运动的解题。（ 1）沿初速度的方向做。（ 2）沿电场力

2、的方向，做。结论：结论：（ 1）粒子以一定的速度v0 垂直射入偏转电场。粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的1 l21 / 22处沿直线射出的。（ 2）经过相同的加速电场，又经过相同的偏转电场的带电粒子，其运动轨迹重合，与粒子的带电荷量和质量无关。四、带电粒子在电场中运动的实际应用示波管1构造及功能（如图所示）（ 1）电子枪：发射并加速电子。（ 2）偏转电极Y、 Y：使电子束（加信号电压）；偏转电极X、X：使电子束水平偏转（加）。2工作原理偏转电极、和 、Y不加电压，电子打到屏幕的；若只在、X之间加电压，只在方向X XYX偏转；若只在Y、Y 之间加电压，只在方向偏转；若X、X 加扫描电压，

3、 Y、 Y加信号电压，屏上会出现随信号而变化的图象。加（减）速 aqEEUv2 v022ad qU1mv21mv02md22垂直于合成与分解匀速直线运动匀加速直线运动竖直偏转扫描电压中心X Y一、带电粒子在交变电场中的运动1带电粒子在交变电场中的运动，通常只讨论电压的大小不变、方向做周期性变化（如方波）且不计粒子重力的情形。在两个相互平行的金属板间加交变电压时，在两板间便可获得交变电场。此类电场从空间看是匀强的，即同一时刻，电场中各个位置的电场强度的大小、方向都相同；从时间看是变化的，即电场强度的大小、方向都随时间变化。2 / 22（ 1）当粒子平行于电场方向射入时，粒子做直线运动，其初速度和

4、受力情况决定了粒子的运动情况，粒子可以做周期性的运动。（ 2）当粒子垂直于电场方向射入时，沿初速度方向的分运动为匀速直线运动，沿电场方向的分运动具有周期性。2研究带电粒子在交变电场中的运动，关键是根据电场的变化特点，利用牛顿第二定律正确判断粒子的运动情况。根据电场的变化情况，分段求解带电粒子运动的末速度、位移等。3对于锯齿波和正弦波等电压产生的交变电场，一般来说题中会直接或间接提到“粒子在其中运动时电场为恒定电场”，故带电粒子穿过电场时可认为是在匀强电场中运动。【例题 1】如图甲， 、B是一对平行金属板，在两板间加有周期为T的交变电压0，A板电势为 A=0，AUB 板电势为 B 随时间 t 变

5、化的规律如图乙所示。现有一个电子从A 板的小孔进入两板间的电场中，设电子的初速度和重力的影响均可忽略，则A若电子是在t =0 时刻进入的，它将一直向B 板运动B若电子是在t =T/8 时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A 板运动，最后打在B 板上C若电子是在t =3T/8 时刻进入的，它可能时而向B 板运动，时而向A板运动，最后打在B 板上D若电子是在t =T/2 时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A 板运动参考答案： AB试题解析： 若电子在t =0 时刻进入的，在一个周期内，前半个周期受到的电场力向上，向上做加速运动，后半个周期受到的电场力向下，继续向上做减速运动，T 时刻速度

6、为零，接着周而复始，所以电子一直向 B 板运动，一定会到达B 板，故 A 正确；若电子是在tT 时刻进入的，在一个周期内：在 T T ，电子882受到的电场力向上，向上做加速运动，在T T 内，受到的电场力向下，继续向上做减速运动，9T 时刻速283 / 22度二、综合运用动力学的观点和功能的观点解决带电粒子在电场中的运动1动力学的观点动力学的观点是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，一般有两种情况：（ 1）带电粒子初速度的方向与电场线共线，则粒子做匀变速直线运动；（ 2）带电粒子初速度的方向垂直电场线，则粒子做匀变速曲线运动（类平抛运动）。当带电粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一般要采用类平

7、抛运动的规律解决问题。2功能的观点：首先对带电粒子进行受力分析，再分析其运动形式，然后根据具体情况选用相应的公式进行计算。（ 1）若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量；（ 2）若选用能量守恒定律， 则要分清带电粒子在运动中共有多少种能量参与转化， 哪些能量是增加的，哪些能量是减少的。【例题 2】如图所示，竖直平面内固定一个光滑的绝缘挡板，段为直挡板，与水平方向的夹角为ABCD AB45，段是半径为R的圆弧挡板，与圆弧相切于B点。整个挡板处于方向水平向右的匀强电场中。BCDABBCD一个带电小球从挡板内侧上的A 点由静止释放

8、，小球能沿挡板内侧运动到D。以下判断正确的是A小球一定带正电4 / 22B小球的重力大于小球所受到的电场力C小球在最低点C时的速度最大D小球从A 点到 B点的过程中，电势能增加参考答案： A1一个带电粒子在电场中只受静电力作用时，它不可能出现的运动状态是A匀速直线运动B匀加速直线运动C匀变速曲线运动D匀速圆周运动2 （2018江苏省盐城中学高三全仿真模拟检测）如图所示，带正电的A球固定，质量为、电荷量为 +qm的粒子B从a处以速度v0 射向，虚线abc是B运动的一段轨迹，b点距离A最近，粒子经过b点时速A度为 v，重力忽略不计，则A粒子从a 运动到 b 的过程中动能不断增大B粒子从b 运动到

9、c 的过程中加速度不断增大C可求出A产生的电场中a、 b 两点间的电势差D可求出A产生的电场中b 点的电场强度大小3如图为示波管的原理图，如果在电极Y、Y之间所加的电压按图甲所示的规律变化，在电极X、 X之间所加的电压按图乙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是图中的5 / 224（2018高考物理精准押题卷）区域内存在电场强度为E 的匀强电场，一带正电为q的带电小球用ABCD长为 l 轻质细绳系于 O点且绳子不可伸长，小球所受电场力为重力的5 倍，如图所示在距O点为 0.8 l处有一个钉子，此时绳与竖直方向夹角为30，小球离开电场时绳子恰好断裂，则下列说法正确的是A小球摆动过程中机械能守

10、恒B碰到钉子时小球的速度为v23 glC小球离开电场能上升的最大高度为h2.50.4 3 glD小球飞出电场时所受绳子的最大拉力为FT3023 mg5 （2018四川省成都市高三下学期高考模拟）在竖直平面内有水平向右、场强为E=1104 N/C 的匀强电场。在场中有一根长L=2 m 的绝缘细线，一端固定在O点，另一端系质量为0.04 kg的带电小球，它静止时细线与竖直方向成37角。 如图所示， 给小球一个初速度让小球恰能绕O点在竖直平面内做圆周运动，取小球在静止时的位置为电势能和重力势能的零点，下列说法正确的是（cos37=0.8 ，g=10 m/s 2）6 / 22-5A小球所带电量为 q=

11、3.5 10 CB小球恰能做圆周运动动能最小值是0.96 JC小球恰能做圆周运动的机械能最小值是1.54 JD小球恰能做圆周运动的机械能最小值是0.5 J6如图（ 1）所示，在两平行的金属板间加上如图（2）所示的电压。在 01 s 内，一点电荷在两极板间处于静止状态， t =2 s 时电荷仍运动且未与极板接触。则在12 s 内，点电荷（ g 取 10 m/s 2）A做匀加速直线运动，加速度大小为10 m/s 2B做变加速直线运动，平均加速度大小为5 m/s 2C做变加速直线运动， 2 s 末加速度大小为10 m/s 2D 2 s 末速度大小为 10 m/s7 （2018甘肃省天水市第一中学高三

12、下学期第三次模拟）如图所示，竖直平面内有一固定的光滑椭圆大环，其长轴长=4 、短轴长=2 ，劲度系数为k的轻弹簧上端固定在大环的中心，下端连接一个质BD LAC LO量为 m、电荷量为q，可视为质点的小环。小环刚好套在大环上且与大环及弹簧绝缘，整个装置处在水平向右的匀强电场中。将小环从A 点由静止释放、小环运动到B 点时速度恰好为0。已知小环在A、B两点时弹簧的形变量大小相等，则mgA电场强度的大小EqB小环从A点运动到 B点的过程中，弹簧的弹力不做功7 / 22C小环从A点运动到 B点的过程中，弹簧的弹性势能先减小后增大D小环在A点时受到大环对它的弹力大小F=mg- kL8如图，竖直平行金属

13、板分别与电源正、负极相接，一带电颗粒沿图中直线从A向 B 运动，则该带电颗粒A动能减小B电势能减小C机械能减小D可能带负电9 （2018百校联盟高考名师猜题保温金卷）三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的粒子，从带电平行金属板左侧中央以相同的水平初速度v0 先后垂直电场进入，并分别落在正极板的A、 B、 C 三处， O点是下极板的左端点，且OC=2OA， AC=2BC，如图所示，则下列说法正确的是A三个粒子在电场中运动的时间之比t A:t B:t C=2:3:4B三个粒子在电场中运动的加速度之比aA:a B:a C=1:3:4C三个粒子在电场中运动时动能的变化量之比Ek A: EkB: Ek

14、C=36:16:9D带正、负电荷的两个粒子的电荷量之比为7:2010（2018广东省深圳市菁华中英文实验中学高二期中） 如图所示，两块相同的金属板长为 L，正对着水平放置，电压 U时，一个质量为 m、电荷量为 +q 的带电粒子，以水平速度 v0 从 A（上板边缘）点射入电场，经过一段时间后从B 点（下板边缘最右端）射出电场，A、 B间的水平距离为L。不计重力影响。求（ 1）带电粒子从 A 点运动到 B 点经历的时间 t ；（ 2） A、 B 问竖直方向的距离 y。8 / 2211如图甲所示， 、B两块金属板水平放置，相距为d=0.6 cm ，两板间加有一周期性变化的电压，当B板A接地时， A板

15、电势A 随时间变化的情况如图乙所示。现有一带负电的微粒在t =0 时刻从 B 板中央小孔射入电场，若该带电微粒受到的电场力为重力的两倍，且射入电场时初速度可忽略不计。求：（ 1）在 0 T 和 T T 和这两段时间内微粒的加速度大小和方向；22（ 2）要使该微粒不与A板相碰，所加电压的周期最长为多少（g=10 m/s 2）。12 （2018贵州省遵义航天高级中学高三第十一次模拟）如图所示，、是两个等量异种点电荷形成电场中的、位于同一平面内的三条等势线，其中为直线，与、与的电势差相等。一个重力不计、带负电的粒子进入电场，运动轨迹如图中实线所示，与、分别交于a、 b、c 三点。下列判断正确的是A粒

16、子在c 点时的加速度为零B a 点的电势比b 点的电势高C粒子从a 到 b 再到 c，电势能不断增加D若粒子从a 到 b 电场力做功大小为W1，从 b 到 c 电场力做功大小为W2，则 W1W213 （2018广东省广州市华南师大附中三模）如图所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O 点处有一正点9 / 22电荷，带正电的小物体以初速度v1 从斜面底端M处沿斜面上滑，能沿斜面运动到达N点，若小物体电荷量保持不变， OM=ON， P为 MN的中点，则小物体A在 M、 N点的动能相等B在 M、 N点的电势能相等C在 MP段、 PN段克服摩擦力做功相同D小物体在P点所受的摩擦力最大14如图所示，带正电的粒子以一定的初速度v0 沿两板的中线进入水平放置的已经充满电的平行板电容器内，仅在电场力的作用下，恰好沿下板的边缘飞出，已知平行板间距离为d ，板间电压为 U ，带电粒子的电荷量为q ，粒子通过平行板的时间为t ，则A在后 t 时间内，电场力对粒子做的功为1 qU22B粒子在竖直方向