专题09带电粒子在电场中的运动备战2020高考物理2019届期末和一模好题分项版汇编教师版

1专题9带电粒子在电场中的运动2019年高三期末、一模物理试题分项解析1．（2019重庆九校联盟12月联考）在如图所示的平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限区域内有沿y轴正方向（竖直向上）的匀强电场，电场强度大小E0＝50N/C；第Ⅳ象限区域内有一宽度d＝0.2m、方向沿x轴正方向（水平向右）的匀强电场。质量m＝0.1kg、带电荷量q＝+1×10-2C的小球从y轴上P点以一定的初速度垂直y轴方向进入电场，通过第Ⅰ象限后，从x轴上的A点进入第Ⅳ象限，并恰好沿直线通过该区域后从B点离开，已知P、A的坐标分别为(0，0，4)，(0，4，0)，取重力加速度g＝10m/s2。求：（1）初速度v0的大小；（2）A、B两点间的电势差UAB；（3）小球经过B点时的速度大小。（2）设水平电场的电场强度大小为E，因未进入电场前，带电小球做类平抛运动，所以进入电场时竖直方向的速度2yPvya2因为小球在该电场区域恰好做直线运动，所以合外力的方向与速度方向在一条直线上，即速度方向与合外力的方向相同，有0yvqEmgv解得E＝50N/C2．（12分）（2019山西太原五中期末）如图所示，竖直平面xOy内有两个宽度均为L首尾相接的电场区域ABED、BCFE。在ABED场区存在沿轴负y方向、大小为E的匀强电场，在BCFE场区存在大小为2E、沿某一方向的匀强电场，且两个电场区域竖直方向均无限大。现有一个质量为m，电荷量为q带正电的粒子以某一初速度从坐标为(0，L)的P点射入ABED场区，初速度方向水平向右。粒子恰从坐标为(L，L/2)的Q点射入BCFE场区，且恰好做加速直线运动，带电粒子的重力忽略不计，求：（1）（6分）粒子进入ABED区域时的初速度大小；（2）（6分）粒子从CF边界射出时的速度大小。【名师解析】（1）在ABED由匀变速曲线运动规律在水平方向有：L=v0t在竖直方向有：由牛顿定律：Eq=ma联立方程解得：0LEqLvtm33.（2019北京东城期末）如图装置可用来研究电荷间的相互作用，带电球A静止于绝缘支架上质量为m，电荷量为q的带电小球B用长为L的绝缘轻绳悬挂，小球处于静止状态时绳与竖直方向的夹角为此时小球B受的电场力水平向右，小球体积很小，重力加速度用g表示求：小球B所受电场力的大小F；带电球A在小球B处产生的电场强度的大小E：由于漏电，A的电荷量逐渐减小至零，与此同时小球B缓慢回到最低点，求此过程中电场力对B做的功不计其他能量损失．【名师解析】小球B受水平向右的库仑力、重力、绳子的拉力，根据平衡条件，则有：；解得小球B所受电场力的大小为：；球在A球所在位置产生的电场强度大小为：；4带电球A在小球B处产生的电场强度的大小；由于漏电，A的电荷量逐渐减小至零，与此同时小球B缓慢回到最低点，求此过程中电场力对B做的功．【方法归纳】对小球B进行正确受力分析，小球受水平向右的库仑力、重力、绳子的拉力，根据平衡条件列式求解库仑力，根据求解小球B处产生的电场强度的大小；依据动能定理，即可求解电场力做功．本题结合物体平衡考查了库仑定律的应用，同时掌握动能定理的应用，注意小球B缓慢回到最低点过程中，动能不变是解题的关键，属于简单基础题目，是一道考查基础知识的好题．4.（2019辽宁大连八中质检）如图所示，A、B为两块平行金属板，极板间电压为，板中央有小孔O和现有足够多的电子源源不断地从小孔O由静止进入A、B之间在B板右侧，平行金属板M、N长，板间距离，在距离M、N右侧边缘处有一荧光屏P，当M、N之间未加电压时电子沿M板的下边沿穿过，打在荧光屏上的并发出荧光现给金属板M、N之间加一个如图所示的变化电压，在时刻，M板电势低于N板已知电子质量为，电量为C.每个电子从B板上的小孔射出时的速度多大？5打在荧光屏上的电子范围是多少？打在荧光屏上的电子的最大动能是多少？，说明所有的电子都可以飞出M、N．此时电子在竖直方向的速度大小为电子射出极板MN后到达荧光屏P的时间为电子射出极板MN后到达荧光屏P的偏移量为电子打在荧光屏P上的总偏移量为，方向竖直向下；y的计算方法Ⅱ：由三角形相似，有即解得当时，电子飞出电场的动能最大，答：每个电子从B板上的小孔射出时的速度是6打在荧光屏上的电子范围是；打在荧光屏上的电子的最大动能是J.【方法归纳】电场力对电子做功，电子的动能增加；打在荧光屏上的电子在y方向的位移是电场中的偏转与电场外y方向的运动两部分组成的，要分别计算出；计算电子的动能要计算电子的合速度．电子先经加速电场加速，后经偏转电场偏转，是常见的问题，本题的难点是加速电压是周期性变化的，推导出偏转距离与两个电压的关系是关键，同时要挖掘隐含的临界状态．5.（2019河北衡水质检）有一个匀强电场，电场线和坐标平面xOy平行，以原点O为圆心，半径的圆周上任意一点P的电势，为O、P两点的连线与x轴正方向所成的角，A、B、C、D为圆周与坐标轴的四个交点如图所示．求该匀强电场场强的大小和方向．若在圆周上D点处有一个粒子源，能在xOy平面内发射出初动能均为200eV的粒子氦核当发射的方向不同时，粒子会经过圆周上不同的点在所有的这些点中，粒子到达哪一点的动能最大？最大动能是多少eV？所以电场方向沿y轴负向匀强电场的电场强度7答：该匀强电场场强的大小为，方向为沿y轴负向．粒子到达c点的动能最大，最大动能是280eV．【方法归纳】根据电势的表达式确定出等势线，从而得出电场强度的方向，根据电势差与电场强度的关系求出电场强度的大小．粒子带正电，由动能定理知粒子到达c点时的动能最大，由动能定理求解．本题通过电势的表达式得出等势线是解决本题的关键，知道电势差与电场强度的关系，注意在中，d表示沿电场线方向上的距离．6．（8分）（2019石家庄精英中学二调）如图所示，一根光滑绝缘细杆与水平面成α=30°角倾斜固定。细杆的一部分处在场强方向水平向右的匀强电场中，场强大小E=23×104N/C，在细杆上套有一个带负电的小球，小球带电量q=1×10﹣5C、质量m=3×10﹣2kg，现使小球从细杆的顶端A由静止开始沿细杆滑下，并从B点进入电场，小球在电场中滑至最远处C点。已知AB间距离x1=0.4m，g=10m/s2，求：（1）小球通过B点时的速度大小vB；（2）小球进入电场后滑行的最大距离x2；（3）试画出小球从A点运动到C点过程中的v﹣t图象。【名师解析】（1）对小球从A点到B点的过程，由动能定理得211sin2Bmgxmv（1分）解得vB=2m/s（1分）8小球从A点运动到C点过程中的v﹣t图象如图所示（2分）7.电子扩束装置由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成。偏转电场由加了电压相距为d的两块水平平行放置的导体板组成，如图(a)所示。大量电子由静止开始，经电压为U1的加速电场加速后，连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入偏转电场；当两板不带电时，这些电子通过两板之间的时间为2t0，当在两板间加如图(b)所示的周期为2t0、偏转电压峰值为U0的交变电压时所有电子恰好都能从两板间通过，已知电子的电荷量为-e，质量为m，电子重力和它们之间相互作用力均忽略不计；求：（1）电子进入偏转电场的初速度v0大小；（2）偏转电场的电压U0；（3）哪个时刻进入偏转电场的电子，会从距离中线上方3d飞出偏转电场。【名师解析】（14分）（1）电子在加速电场中，由动能定理得：20121mveU（2分）9解得：meUv102（1分）（2）电子在偏转电场中做分段类平抛运动水平方向匀速运动，速度vx=v0竖直方向做分段匀变速运动，其速度-时间图象如图所示。从图可以看出在t=nt0（n=0,1,2,…）时刻进入偏转电场电子，出偏转电场时上、下偏移量最大，（1分）依题意得：2dym（1分）由牛顿第二定律：mdeUay0（2分）由运动学公式：mdteUtayym20020221（2分）解得偏转电压：20202etmdU（1分）所以在622000tnttnttx（n=0,1,2,…）时刻进入偏转电场的电子，会从中线上方3d飞出偏转电场（1分）同理可得：622000tnttnttx（n=1,2,3,…）时刻进入偏转电场的电子，也会从中线上方3d飞出偏转电场（1分）