高中物理【带电粒子(或带电体)在电场中运动的综合问题】典型题(带解析)

1、高中物理【带电粒子、带电体在电场中运动的综合问题】典型 题.（多选）一带电小球在空中由A点运动到8点的过程中，只受重力、电场力和空气阻 力三个力的作用.若重力势能增加5J,机械能增加1.5 J,电场力做功2 J,则小球（）A.重力做功为5 JB.电势能减少2 JC.空气阻力做功0.5 JD.动能减少3.5 J解析：选BD.小球的重力势能增加5 J,则小球克服重力做功5 J,故A错误；电场力 对小球做功2.J,则小球的电势能减少2 J,故B正确；小球共受到重力、电场力、空气阻 力三个力作用，小球的机械能增加1.5 J,则除重力以外的力做功为1.5 J,电场力对小球做 功2J,则知空气阻力做功为-

2、0.5 J,即小球克服空气阻力做功0.5 J,故C错误；重力、电 场力、空气阴力三力做功之和为-3.5 J,根据动能定理，小球的动能减少3.5 J, D正确.（多选）如图所示，一根不可伸长的绝缘细线一端固定于。点，另一端系一带电小球, 置于水平向右的匀强电场中，现把细线水平拉直，小球从A点由静止释放，经最低点5后, 小球摆到C点时速度为0,贝 ）O/tPA/ A.小球在B点时速度最大.小球从A点到5点的过程中，机械能一直在减少C.小球在8点时细线的拉力最大D.从3点到C点的过程中小球的电势能一直增加解析：选BD,小球所受重力和电场力恒定，重力和电场力的合力恒定，小球相当于在 重力和电场力的合力

3、及细线的拉力作用下在竖直平面内做圆周运动.当小球运动到重力和电 场力的合力和细线的拉力共线时（不是8点），小球的速度最大，此时细线的拉力最大，A、 C错误；从A点到C点的过程中，小球所受重力做正功，小球摆到C点时速度为0,所以 电场力对小球做负功，小球从A点到5点的过程中，机械能一直在减少，B正确；从8点 到C点的过程中，小球克服电场力做功，小球的电势能一直增加，D正确.如图所示，在竖直向上的匀强电场中，一根不可伸长的轻质绝缘细绳，一端系着一个带电小球，另一端固定于。点，小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为% 最低点 为b.不计空气阻力，则（）A.小球带负电B.电场力跟重力是一对平衡力C.

4、小球从。点运动到b点的过程中，电势能减少D.运动过程中小球的机械能守恒解析：选B .小球在竖直平面内做匀速圆周运动，受到重力、电场力和细绳的拉力，电 场力与重力平衡，则知小球带正电，故A错误，B正确.小球在从。点运动到b点的过程 中，电场力做奂功，小球的电势能增大，故C错误,由于电场力做功，所以小球在运动过 程中机械能不守恒，故D错误.如图所示，高为力的固定光滑绝缘斜面，倾角。=53。，将其置于水平向右的匀强电 场中，现将一带正电的物块（可视为质点）从斜面顶端由静止移放，其所受的电场力是重力的 3倍，重力加速度为g,则物块落地的速度大小为（）C. lyflgliD. 21解析：选D.对物块受力

5、分析知，物块不沿斜面下滑，离开斜面后沿重力、电场力 合力的方向运动，F合热ng, x=ht由动能定理得产合解得。二到班.5.（多选）如图所示，ABCD为竖直放置的光滑绝缘细管道，其中AB部分是半径为R 的;圆弧形管道，5CD部分是固定的水平管道，两部分管道恰好相切于8点.水平面内的 4M, N、3三点连线构成边长为L的等边三角形，M、N连线过。点且垂直于BCD.两个 带等量异种电荷的点电荷分别固定在M、N两点，电荷量分别为+Q和一。.现把质量为加、 电荷量为十。的小球（小球直径略小于管道内径，小球可视为点电荷），由管道的4处静止释放，已知静电力常量为，重力加速度为g,则（）A.小球运动到B点时

6、受到的电场力小于运动到C点时受到的电场力B.小球在8点时的电势能小于在C点时的电势能C.小球在A点时的电势能等于在C点时的电势能D.小球运动到C点时的速度为痂解析：选AC .根据等量异种点电荷的电场特征，3点电场强度小于C点，小球在3点 时受到的电场力小于运动到C点时受到的电场力，故A项正确.根据等量异种点电荷的电 场特征可知A、B、C三点处于同一个等势面上，所以三点的电势相等，小球在三点处的电 势能是相等的，故B项错误，C项正确.从A点到C点的运动过程只有重力对小球做功， 由动能定理可得：mgR = 况，所以小球在C点时速度为师，故D项错误.如图所示，在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水

7、平面成45。角的绝缘直杆AC, 其下端（C端）距地面高度/=0.8 m.有一质量为500 g的带电小环套在直杆上，正以某一速 度沿杆匀速下滑.小环离杆后正好通过。端的正下方尸点处.（g取10 m/s?）求：（1）小环离开直杆后运动的加速度大小和方向；（2）小环从C运动到P过程中的动能增量；小环在直杆上匀速运动速度的大小如.解析：（1）结合题意分析知：qE =mgt F 合二y2ing = ma, a = l（h/2 m/s2,方向垂直于杆向下.设小环从C运动到P的过程中动能的增量为业k二亚至十卬电其中W至二3二4 J, W电=0,所以AEk = 4J.环离开秆做类平抛运动，平行杆方向匀速运动,

8、垂直杆方向匀加速运动，有净I匕解得如= 2m/s.答案：(1)10/2 m/s2 垂直于杆向下(2)4 J (3)2 m/s.如图所示，矩形区域PQNM内存在平行于纸面的匀强电场，一质量为m=2.0X10 一kg、电荷量为q=L0Xl()r C的带正电粒子(重力不计)从。点以口=1 X104 m/s的初速 度垂直于PQ进入电场，最终从MN边界的b点以与水平边界MN成30。角斜向右上方的方 向射出，射出电场时的速度外=2X104 m/s,已知A/P=20cm、A/N=80cm,取。点电势 为零，如果以。点为坐标原点。，沿尸。方向建立x轴，则粒子从。点运动到力点的过程中， 电场的电场强度E、电势外

9、 粒子的速度。、电势能Ep随x的变化图象正确的是()解析：选D.因为规定。点电势为零，粒子进入电场后做类平抛运动，根据电场力做功 与电势能的变化的关系，有亚x=AEp = 0Ep,故%二qEx,故选项D正确；因为匀强 电场中的电场强度处处相等，故选项A错误；因为粒子离开电场时的速度内二品京二20, 电场的方向水平向右，沿电场线的方向电势降低，故选项B错误；粒子在电场中运动的过 程中，由动能定理可知，qEx二5m2.3见所以。与x不是线性关系，选项C错误.(多选)如图所示为匀强电场的电场强度E随时间/变化的图象.当f=0时，在此匀强 电场中由静止释放一个带电粒子，设带电粒子只受电场力的作用，下列

10、说法中正确的是E/CV-m-1)A.带电粒子将始终向同一个方向运动B. 2 s末带电粒子回到原出发点c. 3 s末带电粒子的速度为零D. 03s内，电场力做的总功为零解析：选CD.设第1 s内粒子的加速度大小为加 第2 s内的加速度大小为所 由。 二誓可知，G二2】，设带电粒子开始时向英方向运动，可见，粒子第1s内向奂方向运动, L5 s末粒子的速度为零，然后向正方向运动，至3s未回到原出发点，粒子的速度为0, 丁 t图象如图所示，由动能定理可知，此过程中电场力做的总功为零，综上所述，可知C、D 正确.9.（多选）如图所示，竖直放置的两平行金属板间有匀强电场，在两极板间同一等高线 上有两个质量

11、相等的带电小球。、例可以看成质点）.将小球、力分别从紧靠左极板和两极 板正中央的位置由静止释放，它们沿图中虚线运动，都能打在右极板上的同一点.从释放 小球到刚要打到右极板的运动中，下列说法正确的是（）A.它们的运动时间B.它们的电荷量之比心：仇=2 ： 1C.它们的电势能减少量之比AEp ： AEp=4 ： 1D.它们的动能增加量之比AEs ： Aw=4 ： 1解析：选BC,两小球由同一高度释放，打在同一点，故竖直方向位移相同；在竖直方 向上做自由落体运初，故两小球运动时间相同，A错误,在水平方向，s“=2sb,由于时间相 同，所以水平方向的加速度。“二方的由二尸二“知它们的电荷量之比为2 ：

12、 1,B正确用 势能的减少量之比为电场力做的功之比，。球所受电场力和水平位移均为力球的两倍，所以 它们电势能的减少量之比为4 ： 1, C正确.动能的增加量等于合外力做的功，合外力对。 球做的功不是对b球做功的4倍，D错误.如图甲所示，将一倾角。=37。的粗糙绝缘斜面固定在地面上，空间存在一方向沿 斜面向上的匀强电场.一质量加=0.2kg,带电荷量4=2.0XlO7c的小物块从斜面底端睁 止释放,运动0.1 s后撤去电场,小物块运动的v-t图象如图乙所示（取沿斜面向上为正方向）,=10 ni/s2. (sin 37=0.6, cos 37=0.8),求：甲电场强度E的大小；小物块在。0.3 s

13、运动过程中机械能增加量.Ao1解析：力口速时：。1二环二 20m/s2减速时：加速度大小。2二|鬃卜10 nVs2由牛顿第二定律得：Eq - mgsin 0 Fmaxmgsin e + Ft = mai联立得 E = 3X103 N/C摩擦力Fr = 0.8N.方法一：AEk = 0AEP = mgxsin 370 x - 0.3 mAE = AEPAE = 0.36 J.方法二：加速距离Xi = 1 = 0.1 m减速距离x2 =32 = 0.2 in电场力做功“二Eqxi=0.6 J摩擦力做功Wk-Ft(x1+X2)= - 0.24 J物块在0 0.3 s运动过程中机械能增加量AE = W

14、e + 用=036 J.答案：(1)3X 103 N/C (2)0.36 J.如图所示，LMN是竖直平面内固定的光滑绝缘轨道，MN水平且足够长，LW下 端与MN相切.质量为m的带正电小球B静止在水平面上，质量为2m的带正电小球A从 LM上距水平面高为力处由静止释放，在A球进入水平轨道之前，由于A、3两球相距较远, 相互作用力可认为零，A球进入水平轨道后，A、8两球间相互作用视为静电作用，带电小 球均可视为质点.已知A、5两球始终没有接触.重力加速度为g.求；MN(1)4球刚进入水平轨道的速度大小；(2)4、8两球相距最近时，A、8两球系统的电势能Ep；(3)4、5两球最终的速度。%、在的大小.解析：对A球下滑的过程，据机械能守恒得2nigh = 次解得矶k72gh.(2)A球进入水平轨道后