高一物理 電專題提升 專題09 帶電粒子在電場中的直線運動

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE1學必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE專題09帶電粒子在電場中的直線運動一：專題概述1。帶電粒子在電場中的運動綜合了靜電場和力學的知識,分析方法和力學的分析方法基本相同：先分析受力情況，再分析運動狀態(tài)和運動過程(平衡、加速、減速、直線還是曲線)，然后選用恰當的規(guī)律解題.解決這類問題的基本方法是：(1）采用運動和力的觀點，即牛頓第二定律和運動學知識求解。(2)用能量轉化的觀點，即用動能定理和功能關系求解.2.對帶電粒子進行受力分析時應注意的問題（1)要掌握電場力的特點。電場力的大小和方向不僅跟場強的大小和方向有關,還跟帶電粒子的電性和電荷量有關.在勻強電場中，同一帶電粒子所受電場力處處是恒力;在非勻強電場中,同一帶電粒子在不同位置所受電場力的大小和方向都可能不同.(2）是否考慮重力要依據情況而定?；玖Ｗ?如電子、質子、α粒子、離子等除有特殊說明或明確的暗示外,一般不考慮重力（但不能忽略質量）.帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有特殊說明或明確的暗示外，一般都不能忽略重力。二：典例精講1．帶電粒子在恒定電場中的直線運動典例1：如圖所示，平行板電容器的兩個極板與水平地面成一角度，兩極板與一直流電源相連．若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器，則在此過程中，該粒子（）A。所受重力與電場力平衡B.電勢能逐漸增加C。動能逐漸增加D.做勻變速直線運動【答案】CD2．帶電粒子在電場中做往復的直線運動典例2：如圖所示，從F處釋放一個無初速的電子向B極方向運動，指出下列對電子運動的描述中哪些是正確的（設電源電壓為U）（)A。電子到達B板時的動能是eUB.電子從B板到達C板動能變化量為零]C。電子到達D板時動能是3eVD.電子在A板和D板之間做往復運動［【答案】ABD三總結提升1。帶電粒子在電場中的加速帶電粒子沿與電場線平行的方向進入電場,帶電粒子將做加（減)速運動．有兩種分析方法：（1)用動力學觀點分析：a＝eq\f（qE，m），E＝eq\f（U,d），v2－veq\o\al（2,0）＝2ad。(2）用功能觀點分析:粒子只受電場力作用，電場力做的功等于物體動能的變化,qU＝eq\f(1，2)mv2－eq\f(1,2）mveq\o\al（2，0).2.帶電體在勻強電場中的直線運動問題的分析方法四提升專練1.（多選）如圖所示，在真空中A、B兩塊平行金屬板豎直放置并接入電路．調節(jié)滑動變阻器,使A、B兩板間的電壓為U時，一質量為m、電荷量為－q的帶電粒子，以初速度v0從A板上的中心小孔沿垂直兩板的方向射入電場中，恰從A、B兩板的中點處沿原路返回（不計重力），則下列說法正確的是A。使初速度變?yōu)?v0時，帶電粒子將從B板中心小孔射出B.使初速度變?yōu)?v0時，帶電粒子恰能到達B板C。使初速度v0和電壓U都增加為原來的2倍時，帶電粒子恰能到達B板D。使初速度v0和電壓U都增加為原來的2倍時，帶電粒子將從B板中心小孔射出【答案】AC2.如圖所示,兩平行金屬板豎直放置，板上A、B兩孔正好水平相對，板間電壓500V.一個動能為400eV的電子從A孔沿垂直板方向射入電場中,經過一段時間電子離開電場，則電子離開電場時的動能大小為()A。900eVB。500eVC.400eVD。100eV【答案】C【解析】電子從A向B運動時，電場力對電子做負功，若當電子到達B點時,克服電場力所做的功W=qU=500eV＞400eV,因此電子不能到達B點，電子向右做減速運動,在到達B之前速度變?yōu)榱?，然后反向運動，從A點離開磁場，在整個過程中，電場力做功為零，由動能定理可知，電子離開電場時的動能:EK=400eV，故D正確；故選C。3.如圖所示,三塊平行放置的帶電金屬薄板、、中央各有一小孔，小孔分別位于、、點．由點靜止釋放的電子恰好能運動到點．現(xiàn)將板向右平移到點，則由點靜止釋放的電子A。運動到點返回B。運動到和點之間返回C。運動到點返回D。穿過點【答案】A4.（多選）如圖所示，帶電平行金屬板A，B，板間的電勢差為U，A板帶正電,B板中央有一小孔．一帶正電的微粒，帶電量為q，質量為m,自孔的正上方距板高h處自由落下,若微粒恰能落至A,B板的正中央c點，則A.微粒在下落過程中動能逐漸增加,重力勢能逐漸減小B。微粒下落過程中重力做功為mg（h+d/2），電場力做功為-Uq/2C.微粒落入電場中，電勢能逐漸增大，其增量為Uq/2D。若微粒從距B板高2h處自由下落，則恰好能達到A板【答案】BCD【解析】由帶電粒子運動到c點速度減小到零可知動能先增大后減小，A錯;粒子下落高度為,重力做功為,電場力做負功,大小為qU,B對;由功能關系可知克服電場力做了多少功，電勢能就增大多少，所以C對;若微粒從距B板高2h處自由下落，假設能夠到達A點，重力做功，克服電場力做功qU,由動能定理可知D對；5。如圖所示，帶有等量異種電荷的兩個相同金屬圓環(huán)相距一段距離固定放置，兩環(huán)平面垂直紙面、水平虛線是兩環(huán)圓心的連線,離環(huán)無窮遠處有一個帶正電的粒子,沿連線方向對著圓環(huán)圓心射去.取無窮遠處的電勢為零，不計重力。已知帶電粒子初速度為v0時恰好可以穿過兩個圓環(huán)飛向另一側,則當初速度方向不變,大小為2v0時，帶電粒子在穿過兩個圓環(huán)飛向另一側的過程中（)A。先加速運動再減速運動B.先減速運動再加速運動C.運動的最小速度為v0D.運動的最大速度為v0【答案】CD在O2點電勢最低,設為—φm,由能量關系可知，在O1點處的動能最?。辉贠2點動能最大;根據題意得：mv02＝qφm,當速度為2v0時：，聯(lián)立解得；．故選項CD正確；故選CD.6。如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板。質量為m、電荷量為q的帶負電的粒子（不計重力)以初速度v0由小孔水平射入電場，當M、N間的電壓為U時，粒子剛好能到達N板。如果要使這個帶電粒子到達M、N兩板中線位置處即返回，則下述措施能滿足要求的是A。使初速度減小為原來的B。使M、N間的電壓提高到原來的4倍C。使M、N間的電壓加倍D.使初速度減小為原來的，同時M、N間的電壓加倍【答案】C同理，若電壓提高到原來的2倍,則場強也變?yōu)樵瓉淼?倍，設帶電粒子離開M板的最遠距離為x2，根據動能定理有:，解得：,故C正確;若初速度減少一半，電壓加倍,則場強加倍，設帶電粒子離開M板的最遠距離為x3，根據動能定理有：，解得:，故D錯誤。所以C正確,ABD錯誤。7.（多選)如圖所示，A、B為平行金屬板，兩板相距為d，分別與電源兩極相連，兩板的中央各有一小孔M和N．今有一帶電質點，自A板上方相距為d的P點由靜止自由下落(P、M、N在同一豎直線上），空氣阻力忽略不計，到達N孔時速度恰好為零,然后沿原路返回．若保持兩極板間的電壓不變,則（）A。把A板向上平移一小段距離，質點自P點自由下落后仍能返回B。把A板向下平移一小段距離，質點自P點自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落C.把B板向上平移一小段距離，質點自P點自由下落后仍能返回D.把B板向下平移一小段距離,質點自P點自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落【答案】ACD8．如圖所示為美國物理學家密立根測量油滴所帶電荷量裝置的截面圖,兩塊水平放置的金屬板間距為d。油滴從噴霧器的噴嘴噴出時，由于與噴嘴摩擦而帶負電.油滴散布在油滴室中,在重力作用下，少數油滴通過上面金屬板的小孔進入平行金屬板間。當平行金屬板間不加電壓時,由于受到氣體阻力的作用,油滴最終以速度v1豎直向下勻速運動;當上板帶正電，下板帶負電,兩板間的電壓為U時,帶電油滴恰好能以速度v2豎直向上勻速運動.已知油滴在極板間運動時所受氣體阻力的大小與其速率成正比,油滴密度為ρ,已測量出油滴的直徑為D（油滴可看做球體，球體體積公式V=πD3/6），重力加速度為g.(1）設油滴受到氣體的阻力f=kv,其中k為阻力系數，k=_______；（2）油滴所帶電荷量q=______。【答案】（2）設油滴所帶電荷量為q，油滴受到的電場力qE=q,

油滴向上勻速運動時，阻力向下,油滴受力平衡，kv2+mg=q

則油滴所帶電荷量9．如圖所示，兩個帶電滑塊甲和乙系于一根絕緣細繩的兩端，放在一個光滑的絕緣平面上，整體置于方向水平向右、大小為N/C的勻強電場中，甲的質量為kg，帶電荷量為C，乙的質量為kg，帶電荷量為C。開始時細繩處于拉直狀態(tài)。由靜止釋放兩滑塊,t=3s時細繩斷裂，不計滑塊間的庫侖力。試求：（1）細繩斷裂前,兩滑塊的加速度；(2）由靜止開始釋放后的整個運動過程中，乙的電勢能增量的最大值；【答案】（1）（2）10。如圖所示,相距為的平行金屬板A、B豎直放置,在兩板之間水平放置一絕緣平板，有一質量、電荷量的小物塊在與金屬板A相距處靜止。若某一時刻在金屬板A、B間加一電壓,小物塊與金屬板只發(fā)生了一次碰撞,碰撞后電荷量變?yōu)椴⒁耘c碰前大小相等的速度反方向彈回。已知小物塊與絕緣平板間的動摩擦因數為,若不計小物塊電荷量對電場的影響和碰撞時間，則：（1）小物塊與金屬板碰撞前瞬間的速度大小是多少?（2）小物塊碰撞后經過多長時間停止運動?停在何位置?【答案】（1）（2）【解析】(1)加電壓后，B極電勢高于A板，小物塊在電場力與摩擦力共同作用下向A板做勻加速直線運動。電場強度為；

小物塊所受的電場力與摩擦力方向相反,則合外力為F合=qE-μmg；

故小物塊運動的