教科版高中物理必修第三册专题强化练4带电粒子在复合场中的运动含答案

专题强化练4带电粒子在复合场中的运动1.(2024四川绵阳南山中学月考)如图所示,在地面上空两水平虚线区域分别存在水平向右和竖直向上的匀强电场E1和E2,电场强度均为E=mgq,一质量为m、带电荷量为+q的小球从电场上方静止释放,不计空气阻力。以释放点为坐标原点,水平向右为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向,则小球在落地前的运动轨迹可能是2.(2024广东东莞外国语学校期中)如图所示,三个质量相等且分别带正电、负电和不带电的小球,以相同速率从带电平行金属板的P点沿垂直于电场方向射入电场,落在A、B、C三点,则()A.落到A点的小球带正电,落到B点的小球带负电,落到C点的小球不带电B.三个小球在电场中的运动时间相等C.三个小球到达正极板的动能关系满足EkA>EkB>EkCD.三个小球在电场中的加速度关系满足aC>aB>aA3.(多选题)(2023黑龙江双鸭山一中期中)如图所示,空间有一水平向右的匀强电场,半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内,O是圆心,AB是竖直方向的直径,一质量为m、电荷量为+q(q>0)的小球静止在圆环上P点,OP与竖直方向的夹角θ=37°,不计空气阻力。已知重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8。现使小球从P点出发恰能做完整的圆周运动,则下列选项正确的是()A.小球做圆周运动在B点速度最大B.电场强度的大小为3C.小球初速度的大小应为5D.小球初速度的大小应为54.(多选题)(2023四川雅安天立学校期中)如图所示,一质量为m、电荷量为q的小球在电场强度为E、范围足够大的匀强电场中,以初速度v0沿ON在竖直面内做匀变速直线运动。ON与水平面的夹角为30°,重力加速度为g,且mg=qE,则()A.电场方向竖直向上B.小球运动的加速度大小为gC.小球上升的最大高度为vD.若小球在初始位置的电势能为零,则小球电势能的最大值为m5.(2022安徽师范大学附属中学期中)如图所示,竖直向下的匀强电场中,用绝缘细线拴住的带电小球在竖直平面内绕O做圆周运动,A、B分别是轨迹的最高点和最低点,已知小球的质量为m,重力加速度为g。以下说法正确的是()A.小球在A、B两点时,细线的拉力差可能是12mgB.小球不可能做匀速圆周运动C.小球通过A点时,细线拉力一定最小D.小球通过B点时,细线拉力不可能为零6.(2023四川成都太平中学期中)水平面上有一个竖直放置的圆弧轨道,A为轨道的最低点,半径OA竖直,圆心角AOB为60°,半径R=0.8m,空间有竖直向下的匀强电场,场强E=1×104N/C。一个质量m=2kg、电荷量q=1×10-3C的带负电小球,从轨道左侧与圆心O同一高度的C点水平抛出,恰好从B点沿切线方向进入圆弧轨道,到达最低点A时对轨道的压力FN=32.5N。取g=10m/s2,求:(1)小球抛出时的初速度v0的大小;(2)小球从B到A的过程中克服摩擦力所做的功Wf。7.(2023四川资阳秦徐中学月考)如图所示,在E=103V/m的水平向左匀强电场中,有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置,轨道与一水平绝缘轨道MN连接,半圆轨道所在竖直平面与电场线平行,其半径R=40cm,一带正电荷q=10-4C的小滑块质量为m=40g,与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,在水平轨道上的某点由静止释放,小滑块恰好能通过半圆形轨道的最高点C,取g=10m/s2,求:(1)小滑块在圆形轨道C点的速度大小。(2)滑块应在水平轨道上离N点多远处释放?(3)小滑块经过C点后最后落地,落地点离N点的距离多大?

答案与分层梯度式解析专题强化练4带电粒子在复合场中的运动1.B2.D3.BC4.BD5.A1.B小球初始时,做自由落体运动,速度方向竖直向下,当带正电的小球进入水平向右的匀强电场区域后,小球受到水平向右的电场力和竖直向下的重力,合力的方向斜向右下方,速度和合力的方向不在同一条直线上,小球做曲线运动,轨迹应夹在速度方向和合力方向之间,轨迹向右弯曲;当带正电的小球离开水平向右的匀强电场进入竖直向上的匀强电场区域后,小球受到的重力与电场力的合力为0,小球做匀速直线运动,轨迹应是一条直线,故B正确,A、C、D错误。2.D三个小球在水平方向都做匀速直线运动,且初速度v0相同;由图看出,水平位移的关系为xA>xB>xC,由位移公式x=v0t可知三个小球运动时间的关系为tA>tB>tC。三个小球在竖直方向都做匀加速直线运动,且竖直位移大小y相等;由位移公式y=12at2可知三个小球加速度的关系为aA<aB<aC,再根据牛顿第二定律,三个小球的合力关系为FA<FB<FC。由于三个小球的重力相等,所以落在A点的小球所受的电场力向上,落在C点的小球所受的电场力向下,则落在A点的小球带正电、落在B点的小球不带电、落在C点的小球带负电,故A、B错误,D正确。由上述分析得到,电场力对落在A点的小球做负功,对落在C点的小球做正功,而重力做功相等,而且重力都做正功,合力对小球做功A最小,C最大,初动能相等,则根据动能定理得知,到达正极板时动能关系EkA<EkB<EkC,故选项C3.BC当小球静止在P点时,有qEmg=tan37°,解得E=3mg4q,故B正确;小球从P点出发恰能做完整的圆周运动,可以等效为在一个“重力加速度”为54g的“重力场”中运动,则小球必须能通过等效最高点,小球,在等效最高点的速度最小,弹力为零,小球在等效最低点的速度最大,则小球做圆周运动在P点速度最大,故A错误;在等效最高点时,有m·54g=mvmin2r,从P点到等效最高点,根据动能定理有-m·54g·2r=12mvmin2-12mv0方法技巧等效重力法把电场力和重力合成一个等效力,称为“等效重力”。如图所示,则F合为等效重力场中的“重力”,g'=F合m为等效重力场中的“等效重力加速度”;F合的方向等效为“重力”的方向4.BD小球做匀变速直线运动,合力应与速度在同一直线上,即在ON直线上,因mg=Eq,所以电场力与重力关于ON对称,根据数学知识得电场力qE与水平方向的夹角应为30°,小球受力情况如图所示,合力沿ON向下,大小为mg,由牛顿第二定律可知a=g,方向沿ON向下,选项A错误,B正确;设小球上升的最大高度为h,由动能定理可得-mg·2h=0-12mv02,解得h=v024g,选项C错误;电场力做负功,小球的电势能变大,当小球速度为零时,其电势能最大,则Ep=-qE·2h·cos120°=qEh=mg·v5.A若电场力与重力同向,则有F合=F电+mg,从B到A,有12mvB2=F合·2r+12mvA2,在B点有F拉B-F合=mvB2r,在A点有F拉A+F合=mvA2r,联立可得F拉B-F拉A=6(F电+mg),若F电=mg,则F拉B-F拉A=12mg,所以小球在A、B两点时细线的拉力差可能是12mg,选项A正确;当小球所受重力与电场力的合力为零时,细线的拉力提供向心力,合外力做功为零,小球做匀速圆周运动,选项B错误;如果小球带正电,在A点细线拉力最小,如果小球带负电,且电场力大于重力,在A点,细线的拉力最大,选项C错误;如果小球带负电6.答案(1)233m/s(2)1解析(1)小球抛出后从C到B过程中受重力和竖直向上的电场力,做类平抛运动,则mg-qE=ma解得小球的加速度a=mg-qEm=2×10-1×10-C与B的高度差h=Rcos60°=0.4m设小球到B点时竖直分速度为vy,则vy2=2ah,解得小球到B点时竖直分速度vy=2小球在B点时,速度方向与水平方向夹角为60°,则tan60°=v解得小球抛出时的初速度v0=233(2)小球在B点时,sin60°=vyvB,则vB=小球在A点时,轨道对小球的支持力FN'=FN=32.5N,则FN'+qE-mg=mvA2R,解得vA小球从B到A过程,由动能定理得(mg-qE)(R-Rcos60°)-Wf=12mvA2-解得小球从B到A的过程中克服摩擦力所做的功Wf=137.答案(1)2m/s(2)20m(3)0.6m解析(1)小滑块在C点时,重力提供