2018-2019學(xué)年高中物理（課堂同步系列一）每日一題 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（二）（含解析）新人教版選修3-1.doc

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帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（二） 高考頻度：★★★★☆ 難易程度：★★★★☆ 如圖甲，A、B是一對(duì)平行金屬板，在兩板間加有周期為T的交變電壓U0，A板電勢(shì)為φA=0，B板電勢(shì)為φB隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示?，F(xiàn)有一個(gè)電子從A板的小孔進(jìn)入兩板間的電場(chǎng)中，設(shè)電子的初速度和重力的影響均可忽略，則 A．若電子是在t=0時(shí)刻進(jìn)入的，它將一直向B板運(yùn)動(dòng) B．若電子是在t=T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，最后打在B板上 C．若電子是在t=3T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，最后打在B板上 D．若電子是在t=T/2時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng) 【參考答案】AB 【試題解析】若電子在t=0時(shí)刻進(jìn)入的，在一個(gè)周期內(nèi)，前半個(gè)周期受到的電場(chǎng)力向上，向上做加速運(yùn)動(dòng)，后半個(gè)周期受到的電場(chǎng)力向下，繼續(xù)向上做減速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻速度為零，接著周而復(fù)始，所以電子一直向B板運(yùn)動(dòng)，一定會(huì)到達(dá)B板，故A正確；若電子是在時(shí)刻進(jìn)入的，在一個(gè)周期內(nèi)：在，電子受到的電場(chǎng)力向上，向上做加速運(yùn)動(dòng)，在內(nèi)，受到的電場(chǎng)力向下，繼續(xù)向上做減速運(yùn)動(dòng)，時(shí)刻速度為零，接著繼續(xù)向B板運(yùn)動(dòng)，周而復(fù)始，所以電子時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，最后打在B板上，故B正確；若電子是在時(shí)刻進(jìn)入的，與在時(shí)刻進(jìn)入時(shí)的情況相似，在運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，總的位移向左，最后穿過(guò)A板，故C錯(cuò)誤；若電子是在時(shí)刻進(jìn)入的，在一個(gè)周期內(nèi)：在，電子受到的電場(chǎng)力向左，向左做加速運(yùn)動(dòng)，在內(nèi)，受到的電場(chǎng)力向右，繼續(xù)向左做減速運(yùn)動(dòng)，時(shí)刻速度為零，接著周而復(fù)始，所以電子一直向A板運(yùn)動(dòng)，一定不會(huì)到達(dá)B板，故D錯(cuò)誤。 【知識(shí)補(bǔ)給】 解答帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的思維方法 （1）注重全面分析（分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律），抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和在空間上具有對(duì)稱性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度、位移、做功或確定與物理過(guò)程相關(guān)的邊界條件。 （2）分析時(shí)從兩條思路出發(fā)：一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析；二是功能關(guān)系。 （3）此類題型一般有三種情況：一是粒子做單向直線運(yùn)動(dòng)（一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解），二是粒子做往返運(yùn)動(dòng)（一般分段研究），三是粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一般根據(jù)交變電場(chǎng)的特點(diǎn)分段研究）。 （4）對(duì)于帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，由于不同時(shí)間內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)不同，使得帶電粒子所受的電場(chǎng)力不同，造成帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況發(fā)生變化。解決這類問(wèn)題，要分段進(jìn)行分析，根據(jù)題意找出滿足題目要求的條件，從而分析求解。 一對(duì)平行金屬板長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板間距為d，質(zhì)量為m，電荷量為e的電子從平行板左側(cè)以速度v0沿兩板的中線不斷進(jìn)入平行板之間，兩板間所加交變電壓uAB如圖所示，交變電壓的周期，已知所有電子都能穿過(guò)平行板，且最大偏距的粒子剛好從極板的邊緣飛出，不計(jì)重力作用，則 A．所有電子都從右側(cè)的同一點(diǎn)離開(kāi)電場(chǎng) B．所有電子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)速度都是v0 C．t=0時(shí)刻進(jìn)入電場(chǎng)的電子，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能最大 D．t=時(shí)刻進(jìn)入電場(chǎng)的電子，在兩板間運(yùn)動(dòng)時(shí)最大側(cè)位移為 （2018北京師大附中高一期中）如圖所示為范圍足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E隨時(shí)間t周期性變化的圖象。當(dāng)t＝0時(shí)，在電場(chǎng)中由靜止釋放一個(gè)帶電粒子，設(shè)帶電粒子只受電場(chǎng)力作用，則下列說(shuō)法中正確的是 A．帶電粒子將始終向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng) B．2 s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn) C．帶電粒子在0~3s內(nèi)的初、末位置間的電勢(shì)差為零 D．0~2.5 s內(nèi)，電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子所做的總功為零 （2018浙江稽陽(yáng)聯(lián)誼學(xué)校高三選考聯(lián)考）現(xiàn)有兩極板M（+）、N（一），板長(zhǎng)80 cm，板間距20 cm，在兩板間加一周期性的直流電壓，如圖所示?，F(xiàn)有一粒子（正電，=104 C/kg）0時(shí)刻從上極板左側(cè)邊緣水平射入兩極板間，v=2103 m/s，重力不計(jì)，則正確的是 A．粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線 B．經(jīng)Δt=0.810-4 s，粒子速度為0.8103 m/s C．粒子能從兩板間射出 D．若粒子要從兩板間射出，兩板間距至少為10cm 如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一絕緣的光滑軌道，一個(gè)帶負(fù)電的小球從斜軌上的A點(diǎn)由靜止釋放，沿軌道滑下，已知小球的質(zhì)量為m，電荷量為–q，勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E，斜軌道的傾角為α，圓軌道半徑為R，小球的重力大于受到的電場(chǎng)力。 （1）求小球沿軌道滑下的加速度的大??； （2）若使小球通過(guò)圓軌道頂端的B點(diǎn)，求A點(diǎn)距水平地面的高度h1至少為多大； （3）若小球從斜軌道h2=5R處由靜止釋放。假設(shè)其能通過(guò)B點(diǎn)，求在此過(guò)程中小球機(jī)械能的改變量。 （2018陜西省西安市長(zhǎng)安區(qū)第一中學(xué)高一期末）如圖甲所示，空間存在水平方向的大小不變、方向周期性變化的電場(chǎng)，其變化規(guī)律如圖乙所示（取水平向右為正方向）。一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子（重力不計(jì)），開(kāi)始處于圖中的A點(diǎn)。在t＝0時(shí)刻將該粒子由靜止釋放，經(jīng)過(guò)時(shí)間t0，剛好運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，且瞬時(shí)速度為零。已知電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E0。試求： （1）電場(chǎng)變化的周期T應(yīng)滿足的條件； （2）A、B之間的距離； （3）若在t＝時(shí)刻釋放該粒子，則經(jīng)過(guò)時(shí)間t0粒子的位移為多大？ 【參考答案】 C 帶電粒子在前1 s處于勻加速，在第二秒內(nèi)先做勻減速后反向加速，所以不是始終向一方向運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；帶電粒子在前1 s處于勻加速，在第二秒內(nèi)由于加速度大小是之前的2倍，方向與之前相反，因此用去0.5 s先做勻減速接著0.5 s反向加速。所以2 s末帶電粒子不在出發(fā)點(diǎn)，故B錯(cuò)誤；帶電粒子在0~3 s內(nèi)的初、末位置間的電場(chǎng)力做功為零，電勢(shì)能變化為零，則電勢(shì)差為零，故C正確；0~2.5 s內(nèi)，電場(chǎng)力的總沖量等于粒子的運(yùn)量變化，由于電場(chǎng)強(qiáng)度大小不一，所以2.5 s末速度不為零，因此總沖量不為零。粒子在2.5 s內(nèi)沒(méi)有回到出發(fā)點(diǎn)，所以電場(chǎng)力的總功不為零，故D錯(cuò)誤。 【點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵之處是電場(chǎng)強(qiáng)度大小不一，導(dǎo)致加速度不一，所以失去對(duì)稱性．若電場(chǎng)強(qiáng)度大小相同，則帶電粒子一直同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。 所以粒子不能從兩板間射出，向下C錯(cuò)；由得d=10cm，D正確。 【名師點(diǎn)睛】此題關(guān)鍵是要搞清粒子在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)，豎直方向先加速后勻速，再加速后勻速，聯(lián)系運(yùn)動(dòng)的合成知識(shí)進(jìn)行解答. （1） （2）R （3）機(jī)械能減少量為3qER （1）由牛頓第二定律有（mg–qE）sin α=ma得 a= （2）球恰能過(guò)B點(diǎn)有：mg–qE=① 由動(dòng)能定理知，從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過(guò)程中有 （mg–qE）（h1–2R）=–0② 解得：，n為正整數(shù) （2）作出v－t圖象，如圖甲所示 最大速度為： v－t圖象與時(shí)間軸包圍的面積表示位移大小為：，n為正整數(shù) （3）若在t＝時(shí)刻釋放該粒子，作出v－t圖象，如圖乙所示 v－t圖象與時(shí)間軸包圍的面積表示位移大小，上方面積表示前進(jìn)距離，下方的面積表示后退的距離，故位移為：，n為正整數(shù)