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第五节 带电粒子在电场中的运动
高中物理 · 例题与变式
同步学案 · 32 题
考生须知
  1. 题量与分值以下方各题标注为准;点击题卡可展开答案与解析。
  2. 在线作答仅供练习参考,如需书面作答请下载学生版 PDF。
考点30 带电粒子加速与偏转(1)
带电粒子加速与偏转(1)
变式训练1.如图所示,真空中平行金属板M、N之间距离为d,两板所加的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板由静止释放。不计带电粒子的重力。
题图
【详解】解:(1)两极板间的场强 带电粒子所受的静电力 (2)带电粒子从静止开始运动到N 板的过程,根据功能关系有 得 (3)设带电粒子运动距离时的速度大小为v′,根据功能关系有 带电粒子在前距离做匀加速直线运动,后距离做匀速运动,设用时分别为。
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练2.如图1所示,真空中相距d=5cm的两块平行金属板A、B与电源连接(图中未画出),其中B板接地(电势为零),A板电势变化的规律如图2所示.将一个质量m=2.0×10﹣27kg,电量q=+1.6×10﹣19C的带电粒子从紧临B板处释放,不计重力.求
题图题图
【详解】解:(1)电场强度,带电粒子所受电场力 释放瞬间粒子的加速度为4.0×109m/s2; (2)粒子在0~时间内走过的距离为 故带电粒子在t=时,恰好到达A 板,根据动量定理,此时粒子动量 p=Ft=4.0×10﹣23kg•m/s,粒子到达A 板时的动量为4.0×10﹣23kg•m/s (3)带电粒子在t=~t=向A 板做匀加速运动,在~t=向A 板做匀减速运动, 速度减为零后将返回.粒子向A板运动可能的最大位移 要求粒子不能到达A 板,有s<d,由f=,电势变化频率应满足Hz 电势变化的频率应满足f>Hz. 解:粒子加速过程,根据动能定理有 粒子偏转过程,根据运动学公式和牛顿第二定律可知侧移量 联立上述两式,可解得侧移量
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练3.如图所示,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的匀强电场中,入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中,电子所受重力可忽略。在满足电子能射出平行板区域的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角θ变大的是( )
题图
A.U1变大、U2变大
B.U1变小、U2变大
C.U1变大、U2变小
D.U1变小、U2变小
【答案】B
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】单选题【难度】★★★☆☆
变式训练4.甲、乙两个带电粒子的电荷量和质量分别为(-q,m)、(-q,4m),它们先后经过同一加速电场由静止开始加速后,由同一点进入同一偏转电场,两粒子进入时的速度方向均与偏转电场方向垂直,如图所示。粒子重力不计。则甲、乙两粒子( )
题图
A.离开偏转电场时的动能之比为1:1
B.在偏转电场中运动的时间相同
C.离开偏转电场时的速度方向不同
【答案】B
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】单选题【难度】★★★☆☆
变式训练5.(多选) 如图所示,竖直放置的一对平行金属板间的电势差为U1,水平放置的一对平行金属板间的电势差为U2,一电子由静止开始经U1加速后,进入水平放置的金属板间,刚好从下板边缘射出。不计电子重力,下列说法中正确的是 ( )
题图
A.减小U1,电子一定打在金属板上
B.减小U2,电子一定能从水平金属板间射出
C.增大U2,电子一定能从水平金属板间射出
【答案】B
【详解】C.减小U,电子一定能从水平金属板间射出 2
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】多选题【难度】★★★☆☆
变式训练6.如图所示,让、和的混合物由静止开始从A点经同一加速电场加速,然后穿过同一偏转电场。下列说法正确的是 ( )
题图
A.进入偏转电场时三种粒子具有相同的速度
B.进入偏转电场时三种粒子具有相同的动能
C.三种粒子从不同位置沿不同方向离开偏转电场
D.三种粒子从相同位置沿相同方向离开偏转电场
【答案】D
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】单选题【难度】★★★☆☆
变式训练7.如图所示,让大量的一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子从同一位置经过同一加速电场A由静止开始加速,然后在同一偏转电场B里偏转。忽略离子的重力及离子间的相互作用力。下列说法正确的是( )
题图题图题图题图题图题图题图题图
A.它们会分离为二股离子束
B.它们会分离为三股离子束
C.它们会分离为无数股离子束
【答案】A
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】单选题【难度】★★★☆☆
变式训练8.让质子()、氘核()和α粒子()的混合物经过同一加速电场由静止开始加速,然后在同一偏转电场里偏转。忽略重力及粒子间的相互作用力,下列说法正确的是( )
A.它们将从同一位置沿同一方向离开偏转电场
B.它们将从同一位置沿不同方向离开偏转电场
C.它们将从不同位置沿同一方向离开偏转电场
D.它们将从不同位置沿不同方向离开偏转电场
【答案】A
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】单选题【难度】★★★☆☆
变式训练9.具有相同质子数和不同中子数的原子称为同位素。让氢的三种同位素原子核(、和)以相同的速度从带电平行板间的P点沿垂直于电场的方向射入电场,其中氘核()恰好能离开电场,轨迹如图所示。不计粒子的重力,则( )
A.不能离开电场
B.在电场中受到的电场力最大
C.在电场中运动的时间最短
D.在电场中运动的过程中电场力对做功最少
【答案】A
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】单选题【难度】★★★☆☆
变式训练10.(多选)如图所示,质子、氘核和粒子都从静止开始经过电压为U的加速电场加速后,沿平行板电容器两板中线OO’方向垂直与电场线射入板间的匀强电场,射出后都打在同一个与OO’垂直的荧光屏上,使荧光屏上出现亮点。以上粒子不计重力。下列说法中正确的是( )
题图
A.在荧光屏上将只出现2个亮点
B.在荧光屏上将出现3个亮点,
C.氘核和粒子在偏转电场中运动的时间相同
【答案】AD
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】多选题【难度】★★★☆☆
变式训练11.先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场,进入时速度方向与电场方向垂直。在下列两种情况下,分别求出电子偏转角的正切与氢核偏转角的正切之比。
【详解】解:根据=得 (1)电子与氢核的初速度相同, (2)电子与氢核的初动能相同,。
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练12.电子从静止出发被1 000 V 的电压加速,然后沿着与电场垂直的方向进入另一个电场强度为5 000 N/C 的匀强偏转电场。已知偏转电极长6 cm,求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。
【详解】解:加速, 偏转=,得=,。 ,,解得。
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练13.两个半径均为R的圆形平板电极,平行正对放置,相距为d,极板间电压为U,板间电场可以认为是均匀的。一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子电荷为e,质子和中子的质量均视为m,忽略重力和空气阻力的影响。求:
【详解】⑴⑵⑶
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练14.如图所示,一带电粒子由静止被电压为的加速电场加速,然后沿着与电场垂直的方向进入另一个电压为的匀强偏转电场,并射出偏转电场。已知粒子的带电量为q,质量为m;偏转电极长为L,极板间距为d、不计粒子的重力。求粒子
题图
【详解】解:(1)带电粒子经过加速电场过程,根据动能定理可得 解得带电粒子进入偏转的初速度为 粒子在偏转电场中做类平抛运动,沿方向有 解得粒子在偏转电场中的运动时间为 (2)粒子在偏转电场中,沿电场方向有, 射出偏转电场时偏转的角度的正切值为,联立解得 (3)射出偏转电场时垂直极板方向的偏转位移为
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练15.如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于版面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出。已知电子质量为m,电荷量为e,加速电场电压为U0,偏转电场可看做匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,板间距为d。
【详解】解:⑴, ⑵电场力F=8×10-16N,重力G=9.1×10-30N,F>>G,因此可以忽略电子所受重力。 ⑶电势,。共同特点:是标量,是电场或重力场本身的性质,由相对位置 决定,与电荷量或质量无关。
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】填空题【难度】★★★☆☆
变式训练16.如图所示,两平行正对的极板A与B的长度均为L,极板间距为d,极板间的电压为U,板间的电场可视为匀强电场。一个质量为m,电荷量为q的带正电的离子,沿平行于板面的方向射入电场中,射入时的速度为,离子穿过板间电场区域。不计离子的重力,求:
题图题图
【详解】解:(1)离子在偏转电场中,根据牛顿第二定律,有 离子在偏转电场的运动时间: 离子从偏转电场射出时,沿垂直于极板方向偏移的距离 得 (2)离子从电场射出时,垂直于极板方向的速度 速度方向偏转角度(如答图1 所示) 则 (3)离子增加的动能
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练17.如图所示,真空中有平行正对金属板A、B,它们分别接在输出电压恒为U=91V的电源两端,金属板长L=10cm、两金属板间的距离d=3.2 cm, A、B两板间的电场可以视为匀强电场。现使一电子从两金属板左侧中间以v0=2.0×107m/s的速度垂直于电场方向进入电场,然后从两金属板右侧射出。已知电子的质量m=0.91×10-30kg,电荷量e=1.6×10-19C,两极板电场的边缘效应及电子所受的重力均可忽略不计。求:(计算结果保留两位有效数字)
【详解】解:(1)设金属板A、B 间的电场强度为E,则 根据牛顿第二定律有:,解得:a=5.0×1014m/s2 (2)电子以速度v 进入金属板A、B 间,在垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做 初速度为零的匀加速直线运动。 电子在电场中运动的时间为t= 电子射出电场时在沿电场线方向的侧移量,解得:y=0.63cm (3)设电子从进入电场到离开电场时间t=内,其动量的改变量的大小为, 根据动量定理有:,解得:=2.3×10-24kg·m/s
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练18.如图1所示,两平行金属板A、B间电势差为,带电量为q、质量为m的带电粒子,由静止开始从极板A出发,经电场加速后射出,沿金属板C、D的中心轴线进入偏转电压为的偏转电场,最终从极板C的右边缘射出。偏转电场可看作匀强电场,板间距为d。忽略重力的影响。
题图
【详解】解:(1)对带电粒子从左极板由静止,经加速电场并进入偏转电场的过程,运用动能定理 将v 代入上式,解得 (2)设带电粒子进入和离开偏转电场时的速度分别为v 和为v,对带电粒子从进入偏转电场 0 到离开偏转电场的过程,运用动能定理 (3)设带电粒子进入偏转电场时的速度为v,加速度为a,经过时间t后(未离开偏转电场), 水平方向位移为x、竖直方向位移为y,根据运动学公式,可得 ; 根据牛顿运动定律可知,带电粒子在偏转电场中的加速度 将和a代入x和y并消去时间t,可得带电粒子的轨迹方程
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练19.某种负离子空气净化原理如图所示。由空气和带负电的灰尘颗粒物(视为小球)组成的混合气流进入由一对平行金属板构成的收集器。在收集器中,空气和带电颗粒沿板方向的速度保持不变。在匀强电场作用下,带电颗粒打到金属板上被收集,已知金属板长度为L,间距为d、不考虑重力影响和颗粒间相互作用。
题图
【详解】解:(1)只要紧靠上极板的颗粒能够落到收集板右侧,颗粒就能够全部收集,有 ;;;; 解得 (2)a.颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度; 且 b.带电荷量q 的颗粒恰好100%被收集,颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度, 颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度,所受阻力等于电场力,有; 设只有距下极板为d′的颗粒被收集,在竖直方向颗粒匀速下落 的颗粒带电荷量为;q 的颗粒被收集的百分比
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
知识梳理

加速:qU = ½mv²,v₀ = √(2qU/m);在电场中沿电场方向加速,电势降低。

偏转:垂直于电场方向进入时做类平抛:水平 t = L/v₀,竖直偏移 y = ½·(qE/m)·t²,tanθ = qUL/(mv₀²)。

注意:偏转问题中重力是否计入要看题目条件。

考点31 带电粒子加速与偏转(2)
带电粒子加速与偏转(2)
例题20.如图所示为真空示波管的示意图,电子从灯丝K出发(初速度不计),经灯丝与A板间的加速电压U1加速,从A板中心小孔沿中心线KO射出,然后进入由两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场),电子进入偏转电场时的速度与电场方向垂直,电子经过偏转电场后打在荧光屏上的F点。已知M、N两板间的电压为U2,两板间的距离为d,板长为L1,板右端到荧光屏的距离为L2,电子的质量为m、电荷量为e,求:
题图
【详解】(1)(2)(3)
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练21.如图所示,示波管由电子枪、竖直方向偏转电极YY、水平方向偏转电极XX'和荧光屏组成。电极。YY'、XX'的长度均为l、间距均为d。若电子枪的加速电压为,XX'极板间的电压为(X端接为高电势),YY'极板间的电压为零。电子刚离开金属丝时速度可视为零,从电子枪射出后沿示波管轴线OO'方向(O'在荧光屏正中央)进入偏转电极。电子电荷量为e则电子
题图
A.会打在荧光屏左上角形成光斑
B.打在荧光屏上时的动能大小为
C.打在荧光屏上的位置与的距离为
D.打在荧光屏上时,速度方向与OO'的夹角满足
【答案】D
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】单选题【难度】★★★☆☆
变式训练22.示波器的核心部件是示波管,其内部抽成真空,如图是它内部结构的简化原理图。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。炽热的金属丝可以连续发射电子,电子质量为m,电荷量为e。发射出的电子由静止经电压U1加速后,从金属板的小孔O射出,沿OO′进入偏转电场,经偏转电场后打在荧光屏上。偏转电场是由两个平行的相同金属极板M、N组成,已知极板的长度为l,两板间的距离为d,极板间电压为U2,偏转电场极板的右端到荧光屏的距离为L。不计电子受到的重力和电子之间的相互作用。求:
【详解】解:(1) (2)电子进入偏转电场,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速直线运 动,设电子在偏转电场中运动的时间为t 水平方向: 竖直方向:,F=Ee , (3)当交变电压为最大值U 时,设电子离开交变电场时沿y 轴上的速度为,最大侧移 m11 量为y;离开偏转电场后到达荧光屏的时间为t,在这段时间内的侧移量为y Ul2 则y=m 4Ud UelUlL v=at=m,,=m ymm dmv2dU 01 设电子打在荧光屏内范围的长度为s,则 s=2(y+y)=m(l+2L) 2Ud 说明:对于第3 问,若直接用“二级结论”2=m,没有推导过程,即使结果正确,也要减 ly+y L+m1 1 分。
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练23.如图所示,M、N为竖直放置的平行金属板,两板间所加电压为U0,S1、S2为板上正对的小孔。平行金属板P和Q水平放置在N板右侧,关于小孔S1、S2所在直线对称,P、Q两板的长度和两板间的距离均为d,P、Q两板间加电压可形成偏转电场;距金属板P和Q右边缘d处固定有一荧光屏,荧光屏垂直于金属板P和Q;屏上O点与S1、S2共线。加热的阴极K发出的电子经小孔S1进入M、N两板间,通过M、N间的加速电场加速后,进入P、Q间的偏转电场。已知电子的质量为m,电荷量为e,单位时间内从小孔S1进入的电子个数为n,初速度可以忽略。整个装置处于真空中,偏转电场可视为匀强电场,忽略电子重力及电子间的相互作用,不考虑相对论效应。
题图
【详解】解:(1)由动能定理 联立①-④式可得 (2)a.P、Q 两板间的电场强度为① 电子在P、Q 两板间加速度② 电子在P、Q 两板间运动时间③ 电子在P、Q 两板间偏转位移④ b.当P、Q 两板间的电压满足时,电子才能从两板间射出,即 在0~时间内解得 故在0~T 时间内电子打在荧光屏上的时间 在0~T 时间内打在荧光屏上的电子数目 B.带电粒子在a 点的加速度较大 C.带电粒子在a 点的动能较大 D.带电粒子在b 点的电势能较大
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
知识梳理

多级加速与偏转:串接电势差逐级加速,每级速度递推;进入偏转电场时的入射角需用速度分解。

反向电场:若粒子初速度方向与电场方向相同,需用动能定理逐段计算,注意分段边界。

考点32 粒子运动的其他问题
粒子运动的其他问题
变式训练24.(多选) 图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点.若带电粒子在运动中只受电场力作用,根据此图可作出正确判断的是 ( )
题图
A.带电粒子在a、b两点的受力方向
B.带电粒子在a、b两点的速度何处较大
C.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大
【答案】BCD
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】多选题【难度】★★★☆☆
变式训练25.(多选)如图所示,实线为某孤立点电荷产生的电场的几条电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力的作用,下列说法中正确的是 ( )
A.该电场是由负点电荷所激发的电场
B.电场中a点的电势比b点的电势高
C.带电粒子在a点的加速度比在b点的加速度大
D.带电粒子在a点的动能比在b点的动能大
【答案】CD
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】多选题【难度】★★★☆☆
变式训练26.(多选)如图所示,等间距的平行实线表示电场线,虚线表示一个带负电的粒子在该电场中运动的轨迹,a、b为运动轨迹上的两点。若不计粒子所受重力和空气阻力的影响,下列说法中正确的是( )
题图
A.场强方向一定是沿图中实线向右
B.该粒子运动过程中速度一定不断增大
C.该粒子一定是由a向b运动
D.该粒子在a点的电势能一定大于在b点的电势能
【答案】AD
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】多选题【难度】★★★☆☆
变式训练27.如图中虚线所示为静电场的等势面1、2、3、4,相邻的等势面之间的电势差相等,其中等势面3的电势为0。一带正电的点电荷在电场力的作用下运动,经过a、b点的动能分别为26 eV 和5 eV。当这一点电荷运动到某一位置,其电势能变为-8 eV 时,它的动能应为( )
题图
A.8 eV
B.13 eV
C.20 eV
D.34 eV
【答案】C
【详解】待补
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】单选题【难度】★★★☆☆
变式训练28.如图所示,实线为电场线,虚线为等势线,且相邻两等势线的电势差相等,一个正电荷在等势线φ3上时具有动能20J,它运动到等势线φ1上时,速度恰好为零,令φ2=0,那么该电荷在某点电势能为4J时,其动能为( )
题图
【答案】C
【详解】解:(1)电子绕核作匀速圆周运动,根据库仑定律和牛顿第二定律有 电子的动能为,解得 (2)由于电子的电势能为,氢原子的能量为 (3)电子绕核运动形成的等效电流,解得
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练29.如图所示,真空中A、B两点分别固定电荷量均为的两个点电荷,O为A、B连线的中点,C为A、B连线中垂线上的一点,C点与A点的距离为,AC与AB的夹角为,中垂线上距离A点为的点的电势为(以无穷远处为零电势点)。一个质量为的点电荷(其电荷量远小于Q),以某一速度经过C点,不计点电荷的重力,静电力常量为。
题图题图
【详解】解:(1)根据对称性可知,C 点电场场强方向沿着AB 连线的中垂线向上,如图所示 (2)C 点电势为;O 点电势为 设此点电荷刚好能够到达O 点,由能量守恒定律可得 ,解得 (3)设圆周运动的半径为 ,C 点电场场强大小为 ,则有 ;,联立解得;方向垂直于纸面向里或者向外。 解:⑴ ⑵由,得 ⑶由,得
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练30.如图所示,在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O,用一根长度为l=0.20m的绝缘轻线把质量为m=0.10kg、带有正电荷的金属小球悬挂在O点,小球静止在B点时轻线与竖直方向的夹角为θ=37°。现将小球拉至位置A,使轻线水平张紧后由静止释放。g取10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80。求:
【详解】解:(1)小球受重力mg、电场力F 和拉力T,其静止时受力如答图2 所示。 根据共点力平衡条件有:F = mgtan37=0.75N (2)设小球到达最低点时的速度为v,小球从水平位置运动到最低点的过程中,根据动能定 mv 理有:mgl–Fl=2 解得:v== 1.0m/s (3)设小球通过最低点C 时细线对小球的拉力大小为T′。 根据牛顿第二定律有:T′-mg= 解得:T′=1.5N
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练31.如图所示,在水平向右的匀强电场中,长为L的绝缘细线一端悬于O点,另一端系一质量为m、电荷量为的小球(可视为点电荷)。将小球拉至与O点等高的A点,保持细线绷紧并静止释放,小球运动到与竖直方向夹角的P点时速度变为零。已知、,空气阻力可忽略,重力加速度为g。求:
题图
【详解】解:(1)由A 到P 过程中,根据动能定理 联立解得 (2)小球从A 运动到B 的过程中,电场力做的功 (3)小球从A 运动到B 的过程中,根据动能定理 在B 点,根据牛顿第二定律
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
变式训练32.真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场,在电场中,若将一个质量为m带正电的小球由静止释放,运动中小球的速度与竖直方向夹角为37°(取sin37°= 0.6,cos37°= 0.8)。现将该小球从电场中某点以初速度v0竖直向上抛出,求运动过程中:
题图题图
【详解】解:(1)从静止释放的小球在重力和电场力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动,所 受合外力方向与运动方向一致,如图所示。 则电场力大小 静电力的方向水平向右。 (2)竖直向上抛出的小球在重力和电场力的作用下做匀变速曲线运动(类斜抛) 沿竖直方向做匀减速运动,v =v-gt xxy0 沿水平方向做初速度为零的匀加速直线运动, 小球上升到最高点的时间 这段时间里小球沿水平方向的位移 电场力做功 小球上升到最高点的过程中,电势能减少. (3)水平分速度v = at,竖直分速度v = v-gt小球的速度 由以上各式得出 解得:当时,有最小值 此时,,, 所以,小球动量的最小值, 最小动量的方向与电场方向夹角为37°斜向上。 (1)电源:如下图中,能把电子从A 搬运到B 的装置P 就是电源,A 和B是电源的两个电极。 (2)A、B周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。电荷的分布是 稳定的,不随时间变化,电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的 电场,叫作恒定电场。 (4)在恒定电场的作用下,导体中的自由电荷做定向运动,在运动过程中与导体内不动的粒子 不断碰撞,碰撞阻碍了自由电荷的定向运动,结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间 (1)电流的强弱程度用电流这个物理量表示。单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流就 越大。 如果用I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量,则有: (2)在国际单位制中,电流的单位是安培,简称安,符号是A 常用的电流单位:1mA=10-3A;1μA=10-6A 锂电池电池的容量,通常以“安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h)作单位。 C.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流越大
【来源】例题与变式·必修第三册·第五节 带电粒子在电场中的运动【题型】计算题【难度】★★★☆☆
知识梳理

其他问题:带电小球在电场中的平衡与运动、粒子在电场中往返运动、电容器中带电油滴的临界问题。

临界问题:粒子恰好到达某处(v = 0)、恰好不逸出(贴着极板边缘)等临界条件是列方程的关键。