2022年高考物理第一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤檢測(cè)(二十三)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題

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1、2022年高考物理第一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤檢測(cè)(二十三)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:示波管的工作原理 1.圖1(a)為示波管的原理圖。如果在電極YY′之間所加的電壓按圖(b)所示的規(guī)律變化,在電極XX′之間所加的電壓按圖(c)所示的規(guī)律變化,則在熒光屏上會(huì)看到的圖形是圖2中的(  ) 圖1 圖2 2.如圖3所示是示波管的示意圖,豎直偏轉(zhuǎn)電極的極板長(zhǎng)l=4 cm,板間距離d=1 cm。板右端距離熒光屏L=18 cm。(水平偏轉(zhuǎn)電極上不加電壓,沒有畫出)。電子沿中心線進(jìn)入豎直偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的速度是1.6×107 m/s,電子電荷量e=1.60×10-19C,質(zhì)量m=0

2、.91×10-30kg。 圖3 (1)要使電子束不打在偏轉(zhuǎn)電極的極板上,加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的最大偏轉(zhuǎn)電壓U不能超過(guò)多大? (2)若在偏轉(zhuǎn)電極上加U=40sin 100 πt V的交變電壓,在熒光屏的豎直坐標(biāo)軸上能觀測(cè)到多長(zhǎng)的線段? 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 3.制備納米薄膜裝置的工作電極可簡(jiǎn)化為真空中間距為d的兩平行極板,如圖4甲所示。加在極板A、B間的電壓UAB做周期性變化,其正向電壓為U0,反向電壓為-kU0(k>1),電壓變化的周期為2τ,如圖乙所示。在t=0時(shí),極板B附近的一個(gè)電子,質(zhì)量為m、電荷量為e,受電場(chǎng)作用由靜止開始運(yùn)動(dòng)。若整個(gè)運(yùn)動(dòng)

3、過(guò)程中,電子未碰到極板A,且不考慮重力作用。若k=,電子在0~2τ時(shí)間內(nèi)不能到達(dá)極板A,求d應(yīng)滿足的條件。 圖4 4.如圖5甲所示,長(zhǎng)為L(zhǎng)、間距為d的兩金屬板A、B水平放置,ab為兩板的中心線,一個(gè)帶電粒子以速度v0從a點(diǎn)水平射入,沿直線從b點(diǎn)射出,若將兩金屬板接到如圖乙所示的交變電壓上,欲使該粒子仍能從b點(diǎn)以速度v0射出,求: 圖5 (1)交變電壓的周期T應(yīng)滿足什么條件? (2)粒子從a點(diǎn)射入金屬板的時(shí)刻應(yīng)滿足什么條件? 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:帶電粒子的力電綜合問(wèn)題 5.(多選)如圖6所示,空間有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E,在電場(chǎng)中P處

4、由靜止釋放一質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))。在P的正下方h處有一水平彈性絕緣擋板S(擋板不影響電場(chǎng)的分布),小球每次與擋板相碰后電量減小到碰前的k倍(k<1),而碰撞過(guò)程中小球的機(jī)械能不損失,即碰撞前后小球的速度大小不變,方向相反。設(shè)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,擋板S處的電勢(shì)為零,則下列說(shuō)法正確的是(  ) 圖6 A.小球在初始位置P處的電勢(shì)能為Eqh B.小球第一次與擋板相碰后所能達(dá)到的最大高度大于h C.小球第一次與擋板相碰后所能達(dá)到最大高度時(shí)的電勢(shì)能小于Eqh D.小球第一次與擋板相碰后所能達(dá)到的最大高度小于h 6.如圖7所示,在豎直平面內(nèi),AB為水平放置的絕緣粗糙軌道,

5、CD為豎直放置的足夠長(zhǎng)絕緣粗糙軌道,AB與CD通過(guò)四分之一絕緣光滑圓弧形軌道平滑連接,圓弧的圓心為O,半徑R=0.50 m,軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E=1.0×104 N/C,現(xiàn)有質(zhì)量m=0.20 kg,電荷量q=8.0×10-4 C的帶電體(可視為質(zhì)點(diǎn)),從A點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng),已知sAB=1.0 m,帶電體與軌道AB、CD間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5。假定帶電體與軌道之間的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力相等。求:(g取10 m/s2) 圖7 (1)帶電體運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道C點(diǎn)時(shí)的速度; (2)帶電體最終停在何處。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:用等效法解決帶電體在

6、電場(chǎng)、重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 7.(xx·安徽三校聯(lián)考)如圖8所示,在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一帶電小球質(zhì)量為m,電量為-q。用絕緣輕繩(不伸縮)懸于O點(diǎn),平衡時(shí)小球位于A點(diǎn),此時(shí)繩與豎直方向的夾角θ=30°。繩長(zhǎng)為l,AO=CO=DO=l,OD水平,OC豎直。求: 圖8 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。? (2)當(dāng)小球移到D點(diǎn)后,讓小球由靜止自由釋放,小球向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速率和該時(shí)刻輕繩中張力的大小(計(jì)算結(jié)果可帶根號(hào))。 考點(diǎn)綜合訓(xùn)練 8.(xx·亳州模擬)如圖9所示,在E=103 V/m的豎直勻強(qiáng)電場(chǎng)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(diǎn)平滑相接,半

7、圓形軌道平面與電場(chǎng)線平行,其半徑R=40 cm,N為半圓形軌道最低點(diǎn),P為QN圓弧的中點(diǎn),一帶負(fù)電q=10-4 C的小滑塊質(zhì)量m=10 g,與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.15,位于N點(diǎn)右側(cè)1.5 m的M處,g取10 m/s2,求: 圖9 (1)要使小滑塊恰能運(yùn)動(dòng)到圓軌道的最高點(diǎn)Q,則小滑塊應(yīng)以多大的初速度v0向左運(yùn)動(dòng)? (2)這樣運(yùn)動(dòng)的小滑塊通過(guò)P點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力是多大? 9.(xx·上海十三校聯(lián)考)如圖10所示,在粗糙水平面內(nèi)存在著2n個(gè)有理想邊界的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū),水平向右的電場(chǎng)和豎直向上的電場(chǎng)相互間隔,每一電場(chǎng)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)的大小均為E,且E=,電場(chǎng)寬度均為d,一個(gè)

8、質(zhì)量為m、帶正電的電荷量為q的物體(看作質(zhì)點(diǎn)),從第一個(gè)向右的電場(chǎng)區(qū)域的邊緣由靜止進(jìn)入電場(chǎng),該物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,則物體從開始運(yùn)動(dòng)到離開第2n個(gè)電場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,求: 圖10 (1)電場(chǎng)力對(duì)物體所做的總功?摩擦力對(duì)物體所做的總功 (2)物體在第2n個(gè)電場(chǎng)(豎直向上的)區(qū)域中所經(jīng)歷的時(shí)間? (3)物體在所有水平向右的電場(chǎng)區(qū)域中所經(jīng)歷的總時(shí)間? 答 案 1.選B 在0~2t1時(shí)間內(nèi),掃描電壓掃描一次,信號(hào)電壓完成一個(gè)周期,當(dāng)UY為正的最大值時(shí),電子打在熒光屏上有正的最大位移,當(dāng)UY為負(fù)的最大值時(shí),電子打在熒光屏上有負(fù)的最大位移,因此一個(gè)周期內(nèi)熒光屏上的圖像

9、為B。 2.解析:(1)經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的時(shí)間為t= 豎直方向位移=· t2 所以U===91 V。 (2)因?yàn)閠== s=2.5×10-9 s 而T== s= s=0.02 s?t,故進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電子均在當(dāng)時(shí)所加電壓形成的勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)Um=40 V時(shí),由vx=v,vy=t,得偏轉(zhuǎn)角的正切值tan θ==0.11,偏移量y= tan θ,得在熒光屏的豎直坐標(biāo)軸上的觀測(cè)量為2y=4.4 cm。 答案:(1)91 V (2)4.4 cm 3.解析:電子在0~τ時(shí)間內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng) 加速度的大小a1= 位移x1=a1τ2 在τ~2τ時(shí)間內(nèi)先做勻減速運(yùn)動(dòng),后反向做勻加速運(yùn)動(dòng)

10、 加速度的大小a2= 初速度的大小v1=a1τ 勻減速運(yùn)動(dòng)階段的位移x2= 由題知d>x1+x2,解得d> 答案:d> 4.解析:(1)為使粒子仍從b點(diǎn)以速度v0穿出電場(chǎng),在垂直于初速度方向上,粒子的運(yùn)動(dòng)應(yīng)為:加速,減速,反向加速,反向減速,經(jīng)歷四個(gè)過(guò)程后,回到中心線上時(shí),在垂直于金屬板的方向上速度正好等于零,這段時(shí)間等于一個(gè)周期,故有L=nTv0,解得T= 粒子在T內(nèi)離開中心線的距離為 y=a2 又a=,E=,解得y= 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離開中心線的最大距離為 ym=2y= 粒子不撞擊金屬板,應(yīng)有ym≤d 解得T≤2d 故n≥,即n取大于等于的整數(shù)。 所以粒子的

11、周期應(yīng)滿足的條件為 T=,其中n取大于等于的整數(shù)。 (2)粒子進(jìn)入電場(chǎng)的時(shí)間應(yīng)為T,T,T,… 故粒子進(jìn)入電場(chǎng)的時(shí)間為t=T(n=1,2,3,…)。 答案:(1)T=,其中n取大于等于的整數(shù) (2)t=T(n=1,2,3,…) 5.選ABC 因S處的電勢(shì)為0,故φP=Eh,小球在初始位置P處的電勢(shì)能為φPq=Ehq,A正確;設(shè)小球第一次與擋板碰前的速度大小為v0,由動(dòng)能定理得,mgh+qEh=mv02,設(shè)反彈后上升的高度為H,由動(dòng)能定理得(mg+Ekq)H=mv02,由以上兩式可得H=h,因k<1,故H>h,B正確,D錯(cuò)誤;因EqkH=Eqh<Eqh,故C正確。 6.解析:(1)

12、設(shè)帶電體到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度為v,從A到C由動(dòng)能定理得: qE(sAB+R)-μmgsAB-mgR=mv2 解得v=10 m/s (2)設(shè)帶電體沿豎直軌道CD上升的最大高度為h;從C到D由動(dòng)能定理得:-mgh-μqEh=0-mv2 解得h= m 在最高點(diǎn),帶電體受到的最大靜摩擦力Ffmax=μqE=4 N, 重力G=mg=2 N 因?yàn)镚<Ffmax 所以帶電體最終靜止在與C點(diǎn)的豎直距離為 m處。 答案:(1)10 m/s (2)離C點(diǎn)的豎直距離為 m處 7.解析:(1)=tan 30° E= (2)當(dāng)小球移到D點(diǎn)后,讓小球由靜止自由釋放,小球先做勻加速直線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到輕繩與

13、豎直方向成30°時(shí)繩繃直,與OA關(guān)于OC對(duì)稱,設(shè)此時(shí)速度為vB a=g vB2=2al 繩繃直后,垂直繩方向速度vBX=vBcos 30°,沿繩方向速度變?yōu)? 到達(dá)A點(diǎn)時(shí)切向加速度為0,速度達(dá)到最大值mvBX2+qEl=mvA2 解得vA= 輕繩中張力F-mg=F向心= 解得F=mg 答案:(1) (2)  mg 8.解析:(1)設(shè)小滑塊到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)速度為v, 由牛頓第二定律得mg+qE=m 小滑塊從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)Q點(diǎn)過(guò)程中, 由動(dòng)能定理得-mg·2R-qE·2R-μ(mg+qE)s=mv2-mv02 聯(lián)立方程組,解得:v0=7 m/s (2)設(shè)小滑塊到達(dá)P點(diǎn)時(shí)速

14、度為v′,則從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)P點(diǎn)過(guò)程中,由動(dòng)能定理得 -(mg+qE)R-μ(qE+mg)s=mv′2-mv02 又在P點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律得 N=m 代入數(shù)據(jù),解得:N=0.6 N 由牛頓第三定律得, 小滑塊對(duì)軌道的壓力N′=N=0.6 N 答案:(1)7 m/s (2)0.6 N 9.解析:(1)電場(chǎng)力對(duì)物體所做的總功 W電=nEqd=nmgd 摩擦力對(duì)物體所做的總功 Wf=-nμmgd (2)W電+Wf=mv2 v= 物體在第2n個(gè)電場(chǎng)中,電場(chǎng)力豎直向上等于豎直向下的重力,所以物體勻速運(yùn)動(dòng) t== (3)若將物體在水平向右的加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)連起來(lái),物體的運(yùn)動(dòng)可以看作初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng), nd=t2 nd=t2 t= 答案:(1)nmgd?。璶μmgd (2)  (3)

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