專題(34)帶電體在電場中運動的綜合問題(原卷版)

2021年高考物理一輪復習必熱考點整合回扣練專題（34）帶電體在電場中運動的綜合問題（原卷版）考點一eq\a\vs4\al(用正交分解法分析帶電小球在復合場中的運動)1.如圖，兩水平面(虛線)之間的距離為H，其間的區(qū)域存在方向水平向右的勻強電場．自該區(qū)域上方的A點將質(zhì)量均為m、電荷量分別為q和－q(q>0)的帶電小球M、N先后以相同的初速度沿平行于電場的方向射出．小球在重力作用下進入電場區(qū)域，并從該區(qū)域的下邊界離開．已知N離開電場時的速度方向豎直向下；M在電場中做直線運動，剛離開電場時的動能為N剛離開電場時動能的1.5倍．不計空氣阻力，重力加速度大小為g.求：(1)M與N在電場中沿水平方向的位移之比；(2)A點距電場上邊界的高度；(3)該電場的電場強度大小．【提分筆記】用正交分解的方法分析帶電小球進入電場后(在復合場中)的運動，將帶電小球的運動分解為兩個互相正交的比較簡單的直線運動，而這兩個直線運動的規(guī)律是可以掌握的．考點二eq\a\vs4\al(用等效法分析帶電小球在復合場中的運動)2.如圖所示，一帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的小物塊處于一傾角為37°的光滑斜面上，當整個裝置被置于一水平向右的勻強電場中，小物塊恰好靜止。重力加速度取g，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：(1)水平向右電場的電場強度的大?。?2)若將電場強度減小為原來的eq\f(1,2)，小物塊的加速度是多大；(3)電場強度變化后小物塊下滑距離L時的動能。3.如圖所示，在E＝103V/m的豎直勻強電場中，有一光滑半圓形絕緣軌道QPN與一水平絕緣軌道MN在N點平滑相接，半圓形軌道平面與電場線平行，其半徑R＝40cm，N為半圓形軌道最低點，P為QN圓弧的中點，一帶負電q＝10－4C的小滑塊質(zhì)量m＝10g，與水平軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15，位于N點右側(cè)1.5m的M處，取g＝10m/s2，求：(1)要使小滑塊恰能運動到圓軌道的最高點Q，則小滑塊應(yīng)以多大的初速度v0向左運動？(2)這樣運動的小滑塊通過P點時對軌道的壓力是多大？【提分筆記】等效重力場(1)內(nèi)容物體僅在重力場中的運動是最常見、最基本的運動，但是對于處在勻強電場和重力場中物體的運動問題就會變得復雜一些．此時可以將重力場與電場合二為一，用一個全新的“復合場”來代替，可形象稱之為“等效重力場”．(2)等效重力場的對應(yīng)概念及解釋考點三分階段法研究帶電小球在復合場中的多過程運動4.真空中存在電場強度大小為E1的勻強電場，一帶電油滴在該電場中豎直向上做勻速直線運動，速度大小為v0.在油滴處于位置A時，將電場強度的大小突然增大到某值，但保持其方向不變．持續(xù)一段時間t1后，又突然將電場反向，但保持其大小不變；再持續(xù)同樣一段時間后，油滴運動到B點．重力加速度大小為g.(1)求油滴運動到B點時的速度；(2)求增大后的電場強度的大?。粸楸ＷC后來的電場強度比原來的大，試給出相應(yīng)的t1和v0應(yīng)滿足的條件．已知不存在電場時，油滴以初速度v0做豎直上拋運動的最大高度恰好等于B、A兩點間距離的兩倍．5.如圖所示，長為2L的平板絕緣小車放在光滑水平面上，小車兩端固定兩個絕緣的帶電小球A和B，A的帶電荷量為＋2q，B的帶電荷量為－3q，小車(包括帶電小球A、B)總質(zhì)量為m。虛線MN與PQ均沿豎直方向且相距3L，開始時虛線MN位于小車正中間。若視帶電小球為質(zhì)點，在虛線MN、PQ間加上方向水平向右、電場強度大小為E的勻強電場后，小車開始運動。試求：(1)小車向右運動的最大距離和此過程中B球電勢能的變化量；(2)A球從開始運動至剛離開電場所用的時間。6.如圖甲所示，粗糙水平軌道與半徑為R的豎直光滑、絕緣的半圓軌道在B點平滑連接，過半圓軌道圓心O的水平界面MN的下方分布有水平向右的勻強電場E，質(zhì)量為m的帶正電小滑塊從水平軌道上A點由靜止釋放，運動中由于摩擦起電滑塊電荷量會增加，過B點后電荷量保持不變，小滑塊在AB段加速度隨位移變化圖象如圖乙所示．已知A、B間距離為4R，滑塊與軌道間動摩擦因數(shù)為μ＝0.5，重力加速度為g，不計空氣阻力，求：(1)小滑塊釋放后運動至B點過程中電荷量的變化量；(2)滑塊對半圓軌道的最大壓力大?。?3)小滑塊再次進入電場時，電場大小保持不變、方向變?yōu)橄蜃?，求小滑塊再次到達水平軌道時的速度大小以及距B的距離．7.如圖所示，在平面直角坐標系的第一象限內(nèi)有水平向左的、場強為E的勻強電場，y軸與直線x＝－d(d>0)區(qū)域內(nèi)有豎直向下的、場強也為E的勻強電場．一個帶電量為＋q(重力不計)粒子從第一象限的S點由靜止釋放．(1)若S點的坐標為eq\f(d,2)，eq\f(d,2)，求粒子通過x軸時的坐標；(2)若S點的坐標為(d，d)，求粒子通過x軸時的動能；(3)若粒子能通過x軸上的P點坐標為(－3d,0)，求釋放該粒子的點S的坐標(x，y)應(yīng)該滿足的條件．8.在光滑絕緣水平面上方某區(qū)域(x≤3L)有沿x軸正方向的水平勻強電場，電場強度的大小及分布情況如圖甲所示．將質(zhì)量為m1、電荷量為＋q的帶電小球A在x＝0處由靜止釋放，小球A將與質(zhì)量為m2、靜止于x＝L處的不帶電的絕緣小球B發(fā)生正碰．已知兩球均可視為質(zhì)點，碰撞時間極短，且碰撞過程中沒有機械能的損失，沒有電荷量的轉(zhuǎn)移．E0、L為已知量．(1)若m1＝m2，小球A與小球B發(fā)生碰撞后二者交換速度，求：①兩小球第一次碰撞前，小球A運動的時間t0以及碰撞前瞬時的速度大小v0；②在圖乙中畫出小球A自x＝0處運動到x＝5L處過程中的v-t圖象；(2)若m1＝km2，通過計算分析說明無論倍數(shù)k取何值，小球A均可與小球B發(fā)生第二次碰撞．【提分筆記】應(yīng)用動力學方法分析解決多過程問題綜合應(yīng)用牛頓第二定律和運動學規(guī)律解決多過程問題是高考的重點、熱點和難點．應(yīng)對策略如下：(1)抓住物理情景中出現(xiàn)的運動狀態(tài)與運動過程，將整個物理過程分成幾個簡單的子過程，分階段研究．(2)對每一個子過程分別進行受力分析、運動過程分析，選擇合適的規(guī)律對相應(yīng)的子過程列方程，若某過程涉及時間和加速度，則選用動力學方法求解；若某過程涉及做功和能量轉(zhuǎn)化問題，則要考慮應(yīng)用動能定理、機械能守恒定律或功能關(guān)系求解；有時還要結(jié)合動量定理或動量守恒定律分析求解．(3)兩個相鄰的子過程連接：速度是連接兩過程的紐帶，因此要特別關(guān)注連接點速度的大小及方向．考點四eq\a\vs4\al(帶電粒子在交變電場中的運動)帶電粒子在交變電場中的運動情況比較復雜，由于不同時段受力不同，運動也不同，若用常規(guī)的分析方法，將會很煩瑣，較好的分析方法是畫出帶電粒子的v-t圖象幫助分析．9.一電荷量為q(q>0)、質(zhì)量為m的帶電粒子在勻強電場的作用下，在t＝0時由靜止開始運動，電場強度隨時間變化的規(guī)律如圖所示，不計重力．求在t＝0到t＝T的時間間隔內(nèi)，(1)粒子位移的大小和方向；(2)粒子沿初始電場反方向運動的時間．10．如圖甲所示，相距d＝15cm的A、B兩極板是在真空中平行放置的金屬板，當給他們加上電壓后，它們之間的電場可視為勻強電場。今在A、B兩板之間加上如圖乙所示的交變電壓，交變電壓的周期T＝1.0×10－6s，t＝0時A板的電勢比B板的電勢高，且U0＝1080V，一個比荷eq\f(q,m)＝1.0×108C/kg的帶負電荷的粒子在t＝0時刻從B板附近由靜止開始運動不計重力。(1)當粒子的位移為多大時，速度第一次達到最大，最大值是多少？(2)粒子運動過程中，將與某一極板相碰撞，求粒子碰撞極板時速度大小?！?/p>