2020版高考物理新优选大一轮人教通用版考点规范练:25 带电粒子在电场中的综合问题 Word版含解析.pdf
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1、考点规范练考点规范练 25 带电粒子在电场中的综合问题带电粒子在电场中的综合问题 考点规范练第考点规范练第 48 页页 一、单项选择题 1.将如图所示的交流电压加在平行板电容器 A、B 两板上,开始 B 板电势比 A板电势高,这时有一个 原来静止的电子正处在两板的中间,它在电场力作用下开始运动,设 A、B 两极板间的距离足够大,下 列说法正确的是( ) A.电子一直向着 A 板运动 B.电子一直向着 B板运动 C.电子先向 A板运动,然后返回向 B 板运动,之后在 A、B两板间做周期性往复运动 D.电子先向 B板运动,然后返回向 A 板运动,之后在 A、B 两板间做周期性往复运动 答案 D 解
2、析根据交流电压的变化规律,作出电子的加速度 a、速度 v随时间变化的图线,如图甲、乙。从图 中可知,电子在第一个 内做匀加速直线运动,第二个 内做匀减速直线运动,在这半周期内,因初始 B 4 4 板电势比 A 板电势高,所以电子向 B 板运动,加速度大小为。在第三个 内电子做匀加速直线运动, 4 第四个 内做匀减速直线运动,但在这半周期内运动方向与前半周期相反,向 A 板运动,加速度大小为 4 。所以电子在交变电场中将以 t= 时刻所在位置为平衡位置做周期性往复运动,综上分析选项 D 4 正确。 2.(2018辽宁三校高三第三次调研考试)如图所示,矩形区域 PQNM 内存在平行于纸面的匀强电场
3、,一 质量为 m=2.010-11 kg、电荷量为 q=1.010-5 C的带正电粒子(重力不计)从 a 点以 v1=1104 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 v2=2104 m/s,已知 MP=20 cm、MN=80 cm,取 a 点电势为零,如果以 a 点为 坐标原点 O,沿 PQ 方向建立 x 轴,则粒子从 a 点运动到 b 点的过程中,电场的电场强度 E、电势 、粒 子的速度 v、电势能 Ep随 x的变化图像正确的是( ) 答案 D 解析因为规定 a 点电势为零,粒子进入电场后
4、做类平抛运动,根据电场力做功与电势能的变化的关系, 有 qEx=Ep=0-Ep,故 Ep=-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 v2=2v1,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 1 sin30 误;粒子在电场中运动的过程,由动能定理可知,qEx= mv2-,所以 v 与 x 不是线性关系,选项 C 错 1 2 1 2 m 12 误。 3. 如图所示,A、B 两金属板平行放置,在 t=0 时刻将电子从 A 板附近由静止释放(电子的重力忽略不计)。 分别在 A、B 两板间加上下列哪种电压时,有可能使电子到
5、不了 B 板( ) 答案 B 解析加 A图电压,电子从 A 板开始向 B 板做匀加速直线运动;加 B 图电压,电子开始向 B 板做匀加速 运动,再做加速度大小相同的匀减速运动,速度减为零后做反向匀加速运动及匀减速运动,由对称性可 知,电子将做周期性往复运动,所以电子有可能到不了 B 板;加 C 图电压,电子先匀加速,再匀减速到静 止,完成一个周期,所以电子一直向 B 板运动,即电子一定能到达 B 板;加 D 图电压,电子的运动与 C 图 情形相同,只是加速度是变化的,所以电子也一直向 B 板运动,即电子一定能到达 B 板,综上所述可知 选项 B正确。 4.如图甲所示,光滑绝缘水平面上有 M、N
6、 两个点电荷。t=0 时,M 静止,N 以初速度 6 m/s 向甲运动。 此后,它们仅在静电力的作用下沿同一直线运动(整个运动过程中没有接触),它们运动的 v-t 图像分别 如图乙中 M、N 两曲线所示。则由图线可知( ) A.两电荷的电性一定相反 B.t2时刻两电荷的电势能最大 C.0t2时间内,两电荷的静电力先增大后减小 D.0t3时间内,M的动能一直增大,N 的动能一直减小 答案 C 解析由题图乙可知,两个小球间产生的是排斥力,因为刚开始 N 做减速运动,M 做初速度为 0 的加速运 动,则两个电荷的电性一定相同,选项 A 错误;在 t1时刻,两个小球共速,两小球间的距离最小,故在间距
7、减小的过程中,静电力对整体做负功,以后小球的距离逐渐增大,静电力就做正功了,故两球间距最小 时的电势能最大,选项 B 错误;在 0t2时间内,两电荷的间距先减小后增大,故它们间的静电力先增大 后减小,选项 C 正确;0t3时间内,M 的速度一直增大,故它的动能一直增大,而 N 的速度先减小后增大, 故它的动能也是先减小后增大,选项 D 错误。 二、多项选择题 5.(2018四川自贡一诊)在地面附近,存在一有界电场,边界 MN 将空间分成上下两个区域、,在区 域中有竖直向上的匀强电场,在区域中离边界某一高度处由静止释放一质量为 m 的带电小球 A, 如图甲所示,小球运动的 v-t图像如图乙所示,
8、不计空气阻力,则( ) A.小球受到的重力与电场力大小之比为 35 B.在 t=5 s时,小球经过边界 MN C.在小球向下运动的整个过程中,重力做的功大于电场力做的功 D.在 14 s过程中,小球的机械能先减少后增加 答案 AD 解析小球进入电场前做自由落体运动,进入电场后受到重力和电场力作用而做减速运动,由题图乙可 以看出,小球经过边界 MN 的时刻是 t1=1 s 和 t2=4 s,故选项 B 错误;由 v-t图像的斜率等于加速度得, 小球进入电场前的加速度大小 a1=g=v1,进入电场后的加速度大小 a2=,由牛顿第二定律 1 1 21 4 - 1 = 21 3 得 mg=ma1,F-
9、mg=ma2,得电场力 F=mg+ma2= mg,则重力 mg 与电场力 F 大小之比为 35,选项 A 正 5 3 确;小球向下运动的整个过程中,动能的变化量为零,根据动能定理,整个过程中重力做的功与电场力 做的功大小相等,故选项 C 错误;整个过程中,由题图可得,小球在 02.5 s 内向下运动,在 2.55 s 内向 上运动,在 14 s过程中,电场力先做负功后做正功,所以小球的机械能先减少后增加,故选项 D 正确。 6.如图甲所示,两水平金属板间距为 d,板间电场强度的变化规律如图乙所示。t=0 时刻,质量为 m 的 带电微粒以初速度 v0沿中线射入两板间,0 时间内微粒匀速运动,T
10、时刻微粒恰好经金属板边缘飞出。 3 微粒运动过程中未与金属板接触。重力加速度的大小为 g。关于微粒在 0T 时间内运动的描述,正 确的是( ) A.末速度大小为v0B.末速度沿水平方向 2 C.重力势能减少了 mgdD.克服电场力做功为 mgd 1 2 答案 BC 解析 0 时间内微粒匀速运动,有 mg=qE0。把微粒的运动分解,水平方向:做速度为 v0的匀速直线运 3 动;竖直方向:时间内,只受重力,做自由落体运动,时刻,=gT 时间内,a=g,做匀 3 2 3 2 3 1 3, 2 3 20- 减速直线运动,T时刻,-a =0,所以末速度 v=v0,方向沿水平方向,选项 A 错误,B 正确
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