2022届高三物理一轮复习课时跟踪检测(二十三)-带电粒子在电场中运动的综合问题-.docx

课时跟踪检测(二十三)带电粒子在电场中运动的综合问题对点训练：示波管的工作原理1图1(a)为示波管的原理图。假如在电极YY之间所加的电压按图(b)所示的规律变化，在电极XX之间所加的电压按图(c)所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是图2中的()图1图22如图3所示是示波管的示意图，竖直偏转电极的极板长l4 cm，板间距离d1 cm。板右端距离荧光屏L18 cm。(水平偏转电极上不加电压，没有画出)。电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是1.6107 m/s，电子电荷量e1.601019C，质量m0.911030kg。图3(1)要使电子束不打在偏转电极的极板上，加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过多大？(2)若在偏转电极上加U40sin 100 t V的交变电压，在荧光屏的竖直坐标轴上能观测到多长的线段？对点训练：带电粒子在交变电场中的运动3制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d的两平行极板，如图4甲所示。加在极板A、B间的电压UAB做周期性变化，其正向电压为U0，反向电压为kU0(k1)，电压变化的周期为2，如图乙所示。在t0时，极板B四周的一个电子，质量为m、电荷量为e，受电场作用由静止开头运动。若整个运动过程中，电子未遇到极板A，且不考虑重力作用。若k，电子在02时间内不能到达极板A，求d应满足的条件。图44如图5甲所示，长为L、间距为d的两金属板A、B水平放置，ab为两板的中心线，一个带电粒子以速度v0从a点水平射入，沿直线从b点射出，若将两金属板接到如图乙所示的交变电压上，欲使该粒子仍能从b点以速度v0射出，求：图5(1)交变电压的周期T应满足什么条件？(2)粒子从a点射入金属板的时刻应满足什么条件？对点训练：带电粒子的力电综合问题5(多选)如图6所示，空间有竖直向下的匀强电场，电场强度为E，在电场中P处由静止释放一质量为m、带电量为q的小球(可视为质点)。在P的正下方h处有一水平弹性绝缘挡板S(挡板不影响电场的分布)，小球每次与挡板相碰后电量减小到碰前的k倍(k1)，而碰撞过程中小球的机械能不损失，即碰撞前后小球的速度大小不变，方向相反。设在匀强电场中，挡板S处的电势为零，则下列说法正确的是() 图6A小球在初始位置P处的电势能为EqhB小球第一次与挡板相碰后所能达到的最大高度大于hC小球第一次与挡板相碰后所能达到最大高度时的电势能小于EqhD小球第一次与挡板相碰后所能达到的最大高度小于h6如图7所示，在竖直平面内，AB为水平放置的绝缘粗糙轨道，CD为竖直放置的足够长绝缘粗糙轨道，AB与CD通过四分之一绝缘光滑圆弧形轨道平滑连接，圆弧的圆心为O，半径R0.50 m，轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度的大小E1.0104 N/C，现有质量m0.20 kg，电荷量q8.0104 C的带电体(可视为质点)，从A点由静止开头运动，已知sAB1.0 m，带电体与轨道AB、CD间的动摩擦因数均为0.5。假定带电体与轨道之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。求：(g取10 m/s2) 图7(1)带电体运动到圆弧形轨道C点时的速度；(2)带电体最终停在何处。对点训练：用等效法解决带电体在电场、重力场中的运动7.(2021安徽三校联考)如图8所示，在水平向左的匀强电场中，一带电小球质量为m，电量为q。用绝缘轻绳(不伸缩)悬于O点，平衡时小球位于A点，此时绳与竖直方向的夹角30。绳长为l，AOCODOl，OD水平，OC竖直。求：图8(1)电场强度E的大小；(2)当小球移到D点后，让小球由静止自由释放，小球向右运动过程中的最大速率和该时刻轻绳中张力的大小(计算结果可带根号)。考点综合训练8.(2021亳州模拟)如图9所示，在E103 V/m的竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道QPN与一水平绝缘轨道MN在N点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径R40 cm，N为半圆形轨道最低点，P为QN圆弧的中点，一带负电q104 C的小滑块质量m10 g，与水平轨道间的动摩擦因数0.15，位于N点右侧1.5 m的M处，g取10 m/s2，求：图9(1)要使小滑块恰能运动到圆轨道的最高点Q，则小滑块应以多大的初速度v0向左运动？(2)这样运动的小滑块通过P点时对轨道的压力是多大？9(2021上海十三校联考)如图10所示，在粗糙水平面内存在着2n个有抱负边界的匀强电场区，水平向右的电场和竖直向上的电场相互间隔，每一电场区域场强的大小均为E，且E，电场宽度均为d，一个质量为m、带正电的电荷量为q的物体(看作质点)，从第一个向右的电场区域的边缘由静止进入电场，该物体与水平面间的动摩擦因数为，则物体从开头运动到离开第2n个电场区域的过程中，求：图10(1)电场力对物体所做的总功？摩擦力对物体所做的总功(2)物体在第2n个电场(竖直向上的)区域中所经受的时间？(3)物体在全部水平向右的电场区域中所经受的总时间？答 案1选B在02t1时间内，扫描电压扫描一次，信号电压完成一个周期，当UY为正的最大值时，电子打在荧光屏上有正的最大位移，当UY为负的最大值时，电子打在荧光屏上有负的最大位移，因此一个周期内荧光屏上的图像为B。2解析：(1)经过偏转电场的时间为t竖直方向位移 t2所以U91 V。(2)由于t s2.5109 s而T s s0.02 st，故进入偏转电场的电子均在当时所加电压形成的匀强电场中运动。当Um40 V时，由vxv，vyt，得偏转角的正切值tan 0.11，偏移量y tan ，得在荧光屏的竖直坐标轴上的观测量为2y4.4 cm。答案：(1)91 V(2)4.4 cm3解析：电子在0时间内做匀加速运动加速度的大小a1位移x1a12在2时间内先做匀减速运动，后反向做匀加速运动加速度的大小a2初速度的大小v1a1匀减速运动阶段的位移x2由题知dx1x2，解得d 答案：d 4解析：(1)为使粒子仍从b点以速度v0穿出电场，在垂直于初速度方向上，粒子的运动应为：加速，减速，反向加速，反向减速，经受四个过程后，回到中心线上时，在垂直于金属板的方向上速度正好等于零，这段时间等于一个周期，故有LnTv0，解得T粒子在T内离开中心线的距离为ya2又a，E，解得y在运动过程中离开中心线的最大距离为ym2y粒子不撞击金属板，应有ymd解得T2d故n，即n取大于等于的整数。所以粒子的周期应满足的条件为T，其中n取大于等于的整数。(2)粒子进入电场的时间应为T，T，T，故粒子进入电场的时间为tT(n1,2,3，)。答案：(1)T，其中n取大于等于的整数(2)tT(n1,2,3，)5选ABC因S处的电势为0，故PEh，小球在初始位置P处的电势能为PqEhq，A正确；设小球第一次与挡板碰前的速度大小为v0，由动能定理得，mghqEhmv02，设反弹后上升的高度为H，由动能定理得(mgEkq)Hmv02，由以上两式可得Hh，因k1，故Hh，B正确，D错误；因EqkHEqhEqh，故C正确。6解析：(1)设带电体到达C点时的速度为v，从A到C由动能定理得：qE(sABR)mgsABmgRmv2解得v10 m/s(2)设带电体沿竖直轨道CD上升的最大高度为h；从C到D由动能定理得：mghqEh0mv2解得h m在最高点，带电体受到的最大静摩擦力FfmaxqE4 N，重力Gmg2 N由于GFfmax所以带电体最终静止在与C点的竖直距离为 m处。答案：(1)10 m/s(2)离C点的竖直距离为 m处7解析：(1)tan 30E(2)当小球移到D点后，让小球由静止自由释放，小球先做匀加速直线运动，运动到轻绳与竖直方向成30时绳绷直，与OA关于OC对称，设此时速度为vBagvB22al绳绷直后，垂直绳方向速度vBXvBcos 30，沿绳方向速度变为0到达A点时切向加速度为0，速度达到最大值mvBX2qElmvA2解得vA 轻绳中张力FmgF向心解得Fmg答案：(1)(2) mg8解析：(1)设小滑块到达Q点时速度为v，由牛顿其次定律得mgqEm小滑块从开头运动至到达Q点过程中，由动能定理得mg2RqE2R(mgqE)smv2mv02联立方程组，解得：v07 m/s(2)设小滑块到达P点时速度为v，则从开头运动至到达P点过程中，由动能定理得(mgqE)R(qEmg)smv2mv02又在P点时，由牛顿其次定律得Nm代入数据，解得：N0.6 N由牛顿第三定律得，小滑块对轨道的压力NN0.6 N答案：(1)7 m/s(2)0.6 N9解析：(1)电场力对物体所做的总功W电nEqdnmgd摩擦力对物体所做的总功Wfnmgd(2)W电Wfmv2v物体在第2n个电场中，电场力竖直向上等于竖直向下的重力，所以物体匀速运动t (3)若将物体在水平向右的加速电场中的运动连起来，物体的运动可以看作初速度为0的匀加速直线运动，ndt2ndt2t 答案：(1)nmgdnmgd(2) (3)