2023版高考物理一轮复习热点专题突破系列6带电粒子在电场力作用下的四种典型运动强化训练新人教版选修3-1

PAGEPAGE2热点专题突破系列6带电粒子在电场力作用下的四种典型运动〔专题强化训练〕1．(2022·河南郑州三模)如下图为某粒子分析器的简化结构。金属板P、Q相互平行，两板通过直流电源、开关相连，其中Q板接地．一束带电粒子，从a处以一定的初速度平行于金属板P、Q射入两板之间的真空区域，经偏转后打在Q板上如下图的位置。在其他条件不变的情况下，要使该粒子束能从Q板上b孔射出(不计粒子重力和粒子间的相互影响)，以下操作中可能实现的是eq\x(导学号51342730)(A)A．保持开关S闭合，适当上移P极板 B．保持开关S闭合，适当左移P极板C．先断开开关S，再适当上移P极板 D．先断开开关S，再适当左移P极板[解析]保持开关S闭合，那么两极板间U不变，适当上移P极板，由E＝eq\f(U,d)知两板间的电场强度减小，由y＝eq\f(1,2)at2解得粒子从a到b的时间增大，水平位移x＝v0t增大，可能从b孔射出，A正确；保持开关S闭合，适当左移P极板，粒子在板间的电场强度不变，运动时间和水平位移均不变，B错误；先断开开关S，再适当上移P极板，两板间的电场强度不变，粒子运动的时间不变，水平位移不变，C错误；先断开开关S，再适当左移P极板，电容C减小，再由U＝eq\f(Q,C)知，电压U增大，电场强度E增大，粒子在板间的运动时间减小，水平位移减小，D错误。2．(多项选择)(2022·安徽黄山一模)如下图，平行板电容器水平放置，电源通过二极管给电容器充电，上、下极板正中有一小孔。质量为m、电荷量为－q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板小孔处速度恰为零(空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场)，那么eq\x(导学号51342731)(BC)A．假设将上极板稍向上移动，那么小球到达下极板小孔处速度恰为零B．假设将上极板稍向下移动，那么小球到达下极板小孔处速度恰为零C．假设将下极板稍向上移动，那么小球到达下极板小孔前速度就已为零D．假设将下极板稍向下移动，那么小球到达下极板小孔处速度恰为零[解析]假设上极板向上移动，电容变小，两板之间的电势差变大，由于二极管的单向导电性，电容器不会反向放电，假设小球下落到达下极板时重力做功与原来相同，电场力做功比原来的多，所以在小球到达下极板前速度变为零，A错误；假设上极板下移，电容变大，电容器正向充电，充电结束后电势差与原来相同，小球到达下极板时重力做功与原来相同，电场力做功也与原来相同，所以小球到达下极板时速度恰好为零，B正确；假设下极板向上移动，电容变大，电容器正向充电，最后电势差与原来相同，假设小球下落到下极板时重力做功变小，电场力做功与原来相同，所以小球没有到达下极板时速度已经为零了，C正确；假设下极板向下移动，电容变小，由于电容器不能反向放电，所以电荷量不变，两板间电场强度不变，由题意可知Eq>mg，假设小球到达下极板时重力做功小于电场力做功，那么小球到达下极板前速度变为零，D错误。3．(2022·湖北孝感第一次联考)如图甲所示，A、B为两块平行金属板，极板间电压为UAB＝1125V，现有大量的电子由A板从静止开始加速后，沿两平行金属板CD的中线进入到偏转电场。平行金属板C、D长L1＝4×10－2m，板间距离d＝8×10－3m，在距离C、D右侧边缘L2＝0.1m处有一足够大的荧光屏P，当C、D之间未加电压时电子沿C、D板的中线穿过，打在荧光屏上的O点并发出荧光。现给金属板C、D之间加一个如图乙所示的变化电压UDC(D板接电源的正极)。电子质量为m＝9.0×10－31kg，电荷量为e＝1.6×10－19C。求：eq\x(导学号51342732)(1)电子从B板上的小孔射出时的速率v0；(2)打在荧光屏上的电子的最大动能；(3)一起上下调整A、B，使电子能够在C、D板左侧任意位置仍以速度v0沿平行于C、D板的方向进入到偏转电场中，求电子打到荧光屏上亮线的长度(只考虑竖直方向)。[答案](1)2.0×107m/s(2)1.9×10－16J(3)3.8×10[解析](1)电子经A、B两块金属板加速，由eUAB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)得到v0＝2.0×107m/s。(2)电子在水平方向做匀速运动，通过C、D板间的时间t＝eq\f(L1,v0)＝2.0×10－9s。电子通过时间极短，可认为通过时电场恒定，电子在电场中做类平抛运动，当C、D间电压最大时，竖直方向的位移y＝eq\f(1,2)ayt2＝eq\f(eUmax,2dm)t2＝6.0×10－3m，竖直方向位移大于eq\f(d,2)，电子将打到下极板上而不出电场，所以电子刚好从下极板边缘飞出时，竖直方向速度最大，动能最大，由平抛运动推论得eq\f(v0,vy)＝eq\f(0.5L1,0.5d)，可以得到vy＝4.0×106电子的最大动能Ekmax＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,0)＋veq\o\al(2,y))＝1.9×10－16J。(3)当电子在靠近上极板射入，偏转电压为0时，电子做匀速直线运动通过偏转电场，此时打在荧光屏上亮线最上端。当电子从D板下端边缘通过，竖直方向速度最大时，电子能打到荧光屏上亮线最下端，根据ymax＝6.0×10－3m可得到，当电子从距离D板高度6.0×10－3m处射入偏转电场时，能够到达荧