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新高考物理二轮复习专题强化训练09讲 带电粒子在电场中的运动(含解析)
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09讲 带电粒子在电场中的运动专题强化训练
一、单选题
1.(2022·高二课时练习)电场中有A、B两点,将一带电量为+1.0×10-5 C的点电荷从无穷远处移动到A点,电场力做功2.0×10-4 J,将该电荷放在B点,其电势能为4.0×10-4 J,则A、B两点的电势差UAB为
A.20 V B.-20 V C.60 V D.-60 V
【答案】D
【详解】A点的电势φA==V=-20 V
B点的电势φB==V=40 V,
UAB=φA-φB=-60 V。
A.20 V,与结论不相符,选项A错误;
B.-20 V,与结论不相符,选项B错误;
C.60 V,与结论不相符,选项C错误;
D.-60 V,与结论相符,选项D正确;
故选D。
2.如图所示电路中,电源电动势为E、内阻为r,R3为定值电阻,R1、R2为滑动变阻器,A、B为电容器两个水平放置的极板。当滑动变阻器R1、R2的滑片处于图示位置时,A、B两板间的带电油滴静止不动。下列说法中正确的是
A.把R2的滑片向右缓慢移动时,油滴向下运动
B.把R1的滑片向右缓慢移动时,油滴向上运动
C.缓慢增大极板A、B间的距离,油滴静止不动
D.缓慢减小极板A、B的正对面积,油滴向上运动
【答案】B
【详解】A.当仅把R2的滑片向右缓慢移动时,两极板间的电压不变,由可知,电场强度不变,即油滴静止不动,故A错误;
B.R1的滑片向右缓慢移动时,R1的阻值变大,R1与R3串联的总电阻变大,故电路中的总电流变小,路端电压变大,电容器两板间电压增大,由可知,极板间的电场强度增大,所以油滴受到的电场力增大,故油滴会向上运动,故B正确;
C.当缓慢增大极板A、B间的距离时,因为板间电压不变,由可知,极板间的电场强度减小,油滴向下运动,故C错误;
D.当两极板A、B间正对面积缓慢减小时,由:,可知电容器电容减小,但极板间电压不变,由可知,电场强度不变,故油滴仍静止在原处,故D错误。
故选B。
3.如图所示,以两等量异种点电荷连线的中点O为圆心画圆,在圆上有a、b、c、d四点,b、d两点在两电荷连线的垂直平分线上,下列说法正确的是( )
A.a点的电场强度大于c点的电场强度
B.b、d两点的电场强度大小相等、方向相同
C.负电荷在a点的电势能大于在c点的电势能
D.将正电荷由b点沿直线移到d点,其受到的电场力先做负功后做正功
【答案】B
【详解】A.、两点关于点对称,根据场强的叠加法则可知,、两点的电场强度大小相等,方向相同,A错误;
B.、两点关于点对称,且在两电荷连线的垂直平分线上,根据场强的叠加法则可知,、两点的场强大小相同,方向均水平向右,B正确;
C.沿电场线方向电势降低,所以,电荷带负电,根据可知
C错误;
D.将正电荷由b点沿直线移到d点,电场力方向始终与速度方向垂直,电场力不做功,D错误。
故选B。
4.(2020春·天津·高一校联考期末)如图所示,在匀强电场中,场强方向与所在平面平行,,,。一个电荷量C的正电荷从a移到b,电场力做功为零;同样的电荷从a移到c,克服电场力做功为。下列说法正确的是( )
A.a、c两点的电势差
B.该匀强电场的电场强度
C.该匀强电场的电场线方向垂直于ab向下
D.正电荷由c点移到a点的过程中,电势能增加
【答案】C
【详解】A.在匀强电场中,由电场力做功与电势差的关系公式,可得a、c两点的电势差为
A错误;
B.由题意可知,将正电荷从a移到b,电场力做功是零,由电场力做功特点可知,a、b两点电势相等,则有a、b是一条等势线,由于电场是匀强电场,电场线与等势线垂直,即电场强度方向与ab垂直,由计算可知,c点到直线ab垂直距离之间的电势差为100V,由匀强电场的电场强度与电势差的关系公式,可得匀强电场的电场强度大小为
B错误;
C.由于a点电势低于c点电势,沿电场线方向电势降低,可知电场线方向垂直于ab向下,C正确;
D.正电荷由c点移到a点,是由高电势移到低电势,电场力做正功,电势能减小,D错误。
故选C。
5.(2022秋·四川成都·高二校联考期末)如图,空间中存在平行于三角形ABC所在平面的匀强电场。已知,,。将一电荷量为的电荷从A点移到B点,电场力做功为0。从B点移到C点,电场力做功为,则( )
A.将该电荷从B点移到C点,其电势能减小
B.A点的电势高于B点的电势
C.该匀强电场的场强大小为,方向垂直于AB斜向下
D.将该电荷从A点移到C点,电场力做功为
【答案】C
【详解】A.将该电荷从B点移到C点,电场力做负功,其电势能增大,故A错误;
B.匀强电场中,将一电荷从A点移到B点,电场力做功为0,AB的连线是一条等势线,A点的电势等于B点的电势,故B错误;
C.将一正电荷从B点移到C点,其电势能增大
且AB的连线是一条等势线,匀强电场的方向垂直于AB斜向下,根据题意
匀强电场中
故C正确;
D.A点和B点的电势相等,故将该电荷从A点移到C点,电场力做功也为,故D错误。
故选C。
6.(2022春·广东佛山·高一期末)医用口罩的核心层为熔喷布,其本身是一种不带电的绝缘材料。下图为熔喷布生产线上监控熔喷布厚度的装置原理图:A、B两块固定金属极板与恒压直流电源及灵敏电流表相连,熔喷布从A、B两极板间穿过。若仅是穿过AB间的熔喷布正在变厚,则此过程中( )
A.AB间电场强度增大
B.AB间的电容变大
C.有电流自向流过表
D.表中没有电流流过
【答案】B
【详解】A.由于电容器与电源保持连接,则两板间的电压保持不变,仅是穿过AB间的熔喷布正在变厚,电容器两极板间间距不变,由可知AB间电场强度不变,故A错误;
B.由可知仅是穿过AB间的熔喷布正在变厚,变大,AB间的电容变大,故B正确;
CD.当熔喷布的厚度变厚时,AB间的电容变大,可知极板带电量增加,由充电电流从b向a流过表,故CD错误。
故选B。
7.(2022秋·全国·高三阶段练习)平行板电容器C1、C2水平放置,如图所示连接在电路中,电源内阻不计,C1平行板的正对面积小于C2平行板的正对面积,两板间的距离相等,P为C1两板间一点,C1下板接地,则下列判断正确的是( )
A.C1两板间电场强度小于C2两板间电场强度
B.C1的带电量小于C2的带电量
C.将一陶瓷板插入C2板间,C2的带电量增加
D.将一陶瓷板插人C2板间过程中,P点电势升高
【答案】BC
【详解】A.由于两电容器并联在电源两端,电压相等,根据
可知,两板间的距离相等,则两板间的电场强度相同,A错误;
B.根据,解得
可知,C1平行板的正对面积小于C2平行板的正对面积,则C1的带电量小于C2的带电量,B正确;
C.将一陶瓷板插入板间,的电容变大,而电压U不变,根据上述,因此的带电量增加,C正确;
D.将一陶瓷板插入板间过程中,充电,但是电容器两板间的电压不变,电容器两板间的电场强度不变,P点的电势不变,D错误。
故选BC。
8.(2022秋·江西·高二期中)如图,两平行金属板组成的电容器,通过开关与一电源相连。电容器的上极板下方连有一绝缘轻杆,轻杆下端固定一质量为m的带电小球,电容器下极板接地,闭合开关后,带电小球对轻杆恰好没有作用力。下列说法正确的是( )
A.小球带正电
B.只将下板向上移动少许,小球所受电场力增大
C.只将两极板的正对面积减少一些,轻杆对小球的作用力向上
D.只将两极板的正对面积减少一些,小球所受电场力不变
【答案】BD
【详解】A.合上开关后,带电小球对轻杆恰好没有作用力,可知小球受到的电场力与重力平衡,由图知上极板带正电,可知小球带负电,A项错误;
B.将下板向上移动少许,电容器两极板间的电势差不变,由公式可知,场强增大,所受电场力增大,B项正确;
CD.将两极板的正对面积减少一些,U、d均没变,由导可知,场强不变,小球所受电场力不变,轻杆对小球依然没有作用力,C项错误,D项正确。
故选BD。
9.(2022·高三课时练习)如图所示, A、B为两个等量正点电荷连线上的两点(其中B为连线中点),C为连线中垂线上的一点。今将一带负电的试探电荷自A沿直线移到B再沿直线移到C。下列说法中正确的是( )
A.B点的场强比C点的场强大
B.A点的电势比C点的电势高
C.从A点移到B点的过程中,电场力对该试探电荷做正功
D.从B点移到C点的过程中,该试探电荷的电势能保持不变
【答案】B
【详解】A.两个等量同种电荷,它们在点B处产生的电场强度大小相等,方向相反,互相抵消,则中点B的场强为零,B点的场强比C点的场强小,选项A错误;
BCD.负电荷从A到B电场力做负功,电势能增加;负电荷从B到C,电场力也做负功,电势能增加;则负电荷在A点的电势能小于在C点的电势能,则A点的电势比C点的电势高,选项B正确,CD错误。
故选B。
10.(2022秋·贵州黔东南·高二凯里一中开学考试)平行金属板A、B水平放置,构成平行板电容器,下极板B接地,与电阻箱、定值电阻、电源E、滑动变阻器R组成如图所示电路,滑动变阻器R的滑片置于中间位置。下列说法正确的是( )
A.上极板A带正电,下极板B不带电
B.仅增加极板A、B间的距离,极板带电量减小
C.仅增大电阻箱的阻值,电容器两端电压减小
D.仅将滑动变阻器R的滑片向b端滑动,极板带电量增大
【答案】BD
【详解】A.上极板A带正电,下极板B带负电,选项A错误;
B.仅增加极板A、B间的距离,根据
可知C减小,根据Q=CU
可知,极板带电量减小,选项B正确;
C.电容器两板间电压等于滑动变阻器两端的电压,则仅增大电阻箱的阻值,电容器两端电压不变,选项C错误;
D.仅将滑动变阻器R的滑片向b端滑动,滑动变阻器阻值变大,则总电流减小,R2及电源内阻上的电压减小,滑动变阻器两端的电压变大,即电容器两端的电压变大,根据Q=CU
可知极板带电量增大,选项D正确。
故选BD。
11.(2022秋·广东广州·高三广东华侨中学校考阶段练习)如图,带箭头的实线表示某静电场的电场线,虚线表示其等势面。已知a、b、c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec,电势分别为φa、φb、φc。则( )
A.Ea<Eb,φb=φc B.Ea>Eb,φa>φb
C.Ea>Eb,φa<φb D.Ea=Ec,φb=φc
【答案】B
【详解】由图示可知,a处的电场线密,b、c处的电场线稀疏,因此a点的电场强度大,b点的场强小,即
沿着电场线的方向,电势逐渐降低,则a点的电势高于c点的电势,即
b、c两点在同一等势面上,电势相等,即则
故选B。
12.(2021秋·宁夏固原·高二期末)如图所示的电路中,电表为理想电表,R1、R2为定值电阻,电源的正极接地,将滑动变阻器R3的滑片P向上移动,下列说法正确的是( )
A.电流表的示数变大
B.电压表的示数变大
C.电容器带电量减小
D.a点的电势降低
【答案】BD
【详解】滑动变阻器R3的滑片P向上移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增加,整个回路的总电阻增加,总电流强度减小,内电压降低,路端电压升高,电压表的读数增加;R1分得的电压减小,R2与R3并联分得的电压升高,由于电源正极接地电势为零,因此a点电势降低,电容器与R2并联,因此电容器两端的电压升高,电容器的带电量增加,流过R2的电流增加。因此,流过R3电流表的示数减小,AC错误,BD正确。
故选BD。
13.(2022秋·广东深圳·高二期末)生活中有很多种类的电子秤,如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图。称重时,把物体放到电子秤面板上,压力作用会导致平行板上层膜片电极下移。下列说法正确的是( )
A.称重时膜片稳定后电流表G示数为零
B.上层膜片电极下移过程中电容器的电容减小
C.上层膜片电极下移过程中有b到a的电流
D.膜片稳定后平行板上下极板均没有电荷
【答案】AC
【详解】A.称重时膜片稳定后,电容器不再充放电,电流表G示数为零, A正确;
B.根据电容表达式
当两个极板的距离减小时,电容器的电容增大,B错误;
C.根据电容表达式
当两个极板的距离减小时,电容器的电容增大,根据
由于电容器一直和电源相连,电压不变,电容增大时,带电荷量增大,所以有b到a的电流,C正确;
D.膜片稳定后平行板与电源相连,有电压,有电荷,D错误。
故选AC。
14.(2022秋·河南平顶山·高二河南省鲁山县第一高级中学校考期末)如图所示,带箭头的实线表示某电场的电场线,虚线表示该电场的等势面。其中A、B、C三点的电场强度大小分别为EA、EB、EC,电势分别为φA、φB、φC。关于这三点的电场强度大小和电势高低的关系,下列说法中正确的是( )
A.EA=EB B.EA>EC C.φA=φB D.φB<φC
【答案】B
【详解】AB.电场线的疏密反映场强的大小,由图可知EA>EC EA>EB
选项A错误,B正确;
CD.沿电场线电势逐渐降低,可知φA<φB
而B、C两点在同一个等势面上,故二者的电势相等φB=φC
选项CD错误。
故选B。
15.(2019秋·湖南长沙·高二长沙一中阶段练习)如图所示,虚线表示电场中三个等势面,a、b、c为同一直线上的三个点,b是ac线段的中点,a、c的电势分别为a=50V,c=20V,关于b点的电势,下列说法正确的是( )
A.b=35V B.b<35V C.b>35V D.b=15V
【答案】B
【详解】由电场线与等势线相互垂直、且从高电势等势面指向低电势等势面可画出该电场的电场线,可知从a向c电场减弱。设想有一试探电荷从a经b移动到c,在段受电场力较大,电场力做功较多,由
可知
故ACD错误,B正确。
故选B。
16.(2022秋·北京通州·高二期中)在如图所示的匀强电场E中,1、2、3三条虚线表示三个等势面且间距相等,电势分别为、、;a、b两点在同一条电场线上且分别在等势面1、3上。关于、、的比较,下列说法中正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】根据沿电场线电势逐渐降低,可得
故选A。
17.(2021秋·广东湛江·高二湛江二十一中期中)图中的实线表示电场线,虚线表示等势线,过a、b两点等势面的电势分别为,。则a、b连线中点c的电势值( )
A.等于35V B.大于35V C.小于35V D.等于15V
【答案】C
【详解】电场线越密场强越大,所以ac间的平均场强大于bc间的平均场强,由U=Ed可知Uac较大,
所以C点电势小于35V。
故选C。
18.(2022秋·天津南开·高二崇化中学校考期末)如图所示,A、B为两个等量异号点电荷连线上的两点(其中B为连线中点),C为连线中垂线上的一点。今将一带负电的试探电荷自A沿直线移到B再沿直线移到C,下列说法中正确的是( )
A.A点的电场强度比B点的电场强度小
B.B点的电势比C点的电势低
C.从A点移到B点的过程中,电场力对电荷做正功
D.从B点移到C点的过程中,电荷的电势能保持不变
【答案】D
【详解】A.因A点电场线较B点密集,可知A点的电场强度比B点的电场强度大,选项A错误;
B.等量异种电荷连线的中垂线是等势面,则B点的电势与C点的电势相等,选项B错误;
C.试探电荷带负电,则从A点移到B点的过程中,电场力对电荷做负功,选项C错误;
D.B点的电势与C点的电势相等,则从B点移到C点的过程中,电荷的电势能保持不变,选项D正确。
故选D。
二、多选题
19.(2022秋·江西宜春·高一江西省丰城中学期中)一个电场中有A、B两点,电荷量q1为2×10-9C的试探电荷放在电场中的A点,具有-4×10-8J的电势能;q2为-3×10-9C点试探电荷放在电场中的B点,具有9×10-8J的电势能。现把q3为-5×10-9C的试探电荷由A点移到B点,则( )
A.A点的电势为20V B.A、B两点的电势差为10V
C.q3在B点的电势能为1.5×10-7J D.把q3试探电荷由A点移到B点,静电力做功为-5×10-8J
【答案】BCD
【详解】A.电荷量q1为2×10-9C的试探电荷放在电场中的A点,具有-4×10-8J的电势能,则A点的电势为
故A错误;
B.同理,B点的电势为
A、B两点的电势差为
故B正确;
C.q3在B点的电势能为
故C正确;
D.把q3试探电荷由A点移到B点,静电力做功为
故D正确。
故选BCD。
23.(2022秋·四川成都·高二校联考期末)如图,产生闪电的积雨云底层带负电,为避免闪电造成的损害,高大的建筑物会装有避雷针。图中虚线为避雷针周围的等势线,相邻两等势线间的电势差相等。A、B、C是等势线上的三点,A、B两点关于避雷针对称。下列说法正确的是( )
A.避雷针顶端因有大量电子堆积而带负电 B.A、B两点的电场强度相同
C.C点的电场强度小于B点 D.带正电的雨滴从C点落至B点,其电势能增大
【答案】CD
【详解】A.积雨云底层带负电,由于静电感应,近端感应异种电荷,所以避雷针顶端带正电,故A错误;
B.A、B两点的电场强度大小相等,方向不同,故B错误;
C.C点的等差等势线比B点稀疏,所以C点的电场强度小于B点,故C正确;
D.带正电的雨滴从C点落至B点,电场力做负功,其电势能增大,故D正确。
故选CD。
24.(2021秋·天津南开·高二天津市天津中学期中)如图所示的匀强电场中有a、b、c三点,ab与场强方向平行,bc与场强方向成角,,bc,将一个带电量为的正电荷从a移到b时,电场力做功,则( )
A.将此电荷从b移到c电场力做功
B.将此电荷从b移到c电场力做功
C.ac间电势差为450V
D.ac间电势差为200V
【答案】BC
【详解】AB.根据电场力做功公式,即
可得电场强度为
电荷从b移到c电场力做功为
A错误,B正确;
CD.电荷从a移到c电场力做功为
则a、c两点的电势差为
D错误,C正确。
故选BC。
25.(2021秋·河北邯郸·高二大名县第一中学阶段练习)某静电场的等势面分布如图所示,下列说法中正确的是
A.A点电场强度方向为曲线上该点的切线方向
B.负电荷在A点的电势能比在C点的电势能小
C.将正电荷由图中A点移到C点,电场力做负功
D.将电荷从图中A点移到B点,电场力不做功
【答案】BD
【详解】电场线和等势面垂直,电场强度的方向沿电场线的切线方向,可知A点的电场强度方向不是沿等势面上A点的切线方向,故A错误;A点的电势高于C点的电势,根据Ep=qφ知,负电荷在A点的电势能比C点的电势能小,故B正确;A点的电势高于C点的电势,沿电场线方向电势逐渐降低,可知电场线方向大致向左,所以正电荷从A点到C点,电场力做正功,故C错误;A、B两点处于同一等势面上,电势相等,所以从A点移到B点,电场力不做功,故D正确.所以BD正确,AC错误.
26.(2022秋·山东滨州·高三校考阶段练习)空间有一沿 x 轴方向的电场,x 轴上各点电势随位置的变化情况如图所示,图像关 于 O 点中心对称。下列说法正确的是( )
A.O 点的电场强度沿 x 轴正方向
B.-x1和 x1 两点在同一等势面上
C.-x1与 x1两点电场强度相同
D.将负电荷从 x1 移到 x2过程中,电荷的电势能一直增大
【答案】AC
【详解】A.电场强度指向电势减弱最快的方向,故O 点的电场强度沿 x 轴正方向,故A正确;
B.电势是标量,-x1和 x1 两点处电势不同,一正一负,不在同一等势面,故B错误;
C.图像斜率表示电场强度,由图知,-x1与 x1两点斜率相同,则电场强度相同,故C正确;
D.将负电荷从 x1 移到 x2过程中,电势先减小后增大,则电势能先增大后减小,故D错误。
故选AC。
三、解答题
27.(2019秋·新疆和田·高二期中)如图所示,匀强电场中相距L=0.1m的A、B两点间的电势差V.带电量为C的点电荷位于A点时的电势能为J,求:
(1)将该电荷从A点移到B点静电力做的功;
(2)该电荷在A点时受到的静电力;
(3)B点的电势.
【答案】(1) (2) (3)
【详解】(1)该电荷从A点移到B点静电力做的功
(2)电场强度
电场力
(3)A点电势
B点电势
28.(2021秋·陕西西安·高二阶段练习)如图A、B、C、D为一匀强电场中的四个点,它们正好是一个矩形的四个顶点,其中 ,电场线与矩形所在平面平行.已知将 的正电荷从A点移到B点,电场力做功 ;将这个电荷从B移到C点电势能增加了 ,设A点电势为零.求:
(1)B点和C点的电势
(2)匀强电场的电场强度大小和方向
【答案】(1) ,12V(2)由C指向B,
【详解】试题分析:根据电势差定义式及电势与电势差关系即可求得B、C点电势;找出电场强度的方向,根据即可求得场强.
(1)根据电势差定义式可得AB的电势差为:
根据,由题意知,代入数据解得:.
根据电势差定义式可得BC的电势差为:
根据,因为,代入数据可得
(2)如图所示,
连接BC,将BC四等分,则,连接AO,则AO为等势线,由于;由几何关系可知,,所以场强方向为BC连线,由C指向B,根据场强公式:.
29.(2022秋·北京海淀·高二校考期末)如图所示,在沿水平方向的匀强电场中,有一长度l的绝缘轻绳上端固定在O点,下端系一质量m、带电量q的小球(小球的大小可以忽略)在位置B点处于静止状态,此时轻绳与竖直方向的夹角α,空气阻力不计,重力加速度为g。求:
(1)该电场场强大小;
(2)在始终垂直于l的外力作用下将小球从B位置缓慢拉动到细绳竖直时的A位置,电场力所做的功、重力所做的功和外力对带电小球做的功;
(3)过B点做一等势面交电场线于C点,论证沿电场线方向电势。
【答案】(1);(2),,;(3)见解析
【详解】(1)小球受到向下的重力、向右的电场力及轻绳上的拉力作用而处于平衡状态,可得
解得电场场强大小为
(2)在始终垂直于l的外力作用下将小球从B位置缓慢拉动到细绳竖直时的A位置,电场力所做的功为
重力所做的功为
据动能定理可得
解得外力对带电小球做的功为
(3)带电小球从B到A的过程中,电场力做负功,可得
又联立可得
30.(2022秋·浙江丽水·高二校考阶段练习)如图所示,匀强电场中有a、b、c三点,ab=5 cm,bc=12 cm,其中ab沿电场方向,bc和电场方向成60°角,一个电荷量为q=4×10-8 C的正电荷从a移到b,静电力做功为W1=1.2×10-7 J,求:
(1)匀强电场的电场强度E的大小;
(2)电荷从b移到c,静电力做的功W2;
(3)a、c两点的电势差Uac
【答案】(1)60V/m;(2)1.44×10-7 J;(3)6.6V
【详解】(1)一个电荷量为q=4×10-8 C的正电荷从a移到b,有
解得
(2)电荷从b移到c,静电力做的功
(3)a、c两点的电势差
31.(2023秋·北京顺义·高二统考期末)如图所示,在匀强电场中A、B为同一条电场线上的两点。已知电场强度的大小E = 200N/C,A、B两点之间的距离d = 0.2m。求:
(1)A、B两点之间的电势差UAB;
(2)将电荷量q = +1.0 × 10-8C的试探电荷沿电场线从A点移动到B点过程中电势能的改变量DEp。
【答案】(1)40V;(2)-4.0 × 10-7J
【详解】(1)由于A、B在匀强电场中,有UAB = EdAB
代入数据有UAB = 40V
(2)由于WAB = -DEp= qUAB
代入数据有DEp= -4.0 × 10-7J
32.(2022秋·上海长宁·高二统考期末)如图所示,间距为d的平行金属板A、B竖直放置,且接有高压直流电源,A板附近初速为0的电子在电场力的作用下从B板的小孔处以速度射向水平放置的平行金属板C、D的正中央,金属板C、D间的电势差为U,最后电子在C板边缘离开电场。已知电子质量为m,电量为e。求:
(1)AB间的电势差。
(2)AB间的电场强度E。
(3)判断CD两板的电势高低。
(4)电子离开CD电场时的速度v的大小。
【答案】(1);(2);(3)C板电势高,D板电势低;(4)
【详解】(1)电子从A到B,由动能定理
得AB间的电势差
(2)AB间的电场强度为
(3)电子进入CD两板间,在电场力作用下向上偏转,电场力向上,电场方向向下,C板电势高,D板电势低;
(4)电子在CD板间偏转,由动能定理
得电子离开CD电场时的速度
33.(2021春·湖北孝感·高一期末)如图所示,平行金属板、长为、间距为,当、板加上电压时,质量为、电量为的质子以某初速度沿两板中心轴线方向射入(到两板距离相等),恰从板右下角飞出,不计重力。
(1)求:质子从处水平射入的初速度大小;
(2)轴位于平行板右侧,到板右端距离为,现有质量为,电量为的粒子从轴上某点以某速度沿某方向射出,能从平行板右侧某位置进入平行板间电场,恰能运动到点,且到达点的速度刚好沿方向,大小还刚好等于上一问中质子的初速度,求:粒子从轴射出时的位置到点的距离和从轴射出的速度大。
【答案】(1);(2),
【详解】(1)质子在平行板间做类平抛运动,设运动加速度为,有
设质子射入的初速度为,则其在电场中运动时间为,有
向下的偏移量为
又依题意可知
联立各式得
(2)粒子从轴射出以水平经过点的运动可反过来等效为:从点以射入电场,再出电场做直线运动到达轴,到达轴的速度大小就是从轴射出的速度大小,二者方向相反,到达轴时相对于方向的总偏移量就是从轴出射时出射点到轴的距离。
设粒子在电场中运动加速度为,有
若粒子射入的初速度为,则其在电场中运动时间也为,向下的偏移量为
得
粒子射出电场时的速度为,有
解得
该速度即为粒子到达轴时的速度。
粒子出电场时速度与方向的夹角为,有
有解得
出电场后偏移量为解得
总偏移量为得
所以,粒子从轴射出的位置到点的距离为
射出时的速度大小为
34.(2020·高二课时练习)如图所示,两平行金属板水平放置,板长为L,板间距离为d,板间电压为U,一个不计重力,质量为m,电荷量为q的带电粒子以某一初速度v0从极板左侧沿两板的中线射入电场,然后从右侧飞出电场,求:
(1)粒子在电场中的运动时间t
(2)粒子射出电场时的侧向位移y的大小
【答案】(1) (2)
【详解】试题分析:粒子在电场中做类平抛运动,根据运动学公式即可求出运动时间和偏转位移.
(1)粒子在电场中做类平抛运动,沿初速方向分运动为匀速运动,有:
(2)粒子在垂直于极板方向的分运动为匀加速运动,有:
加速度为:
偏转位移为:
联立解得:
点睛:本题主要考查了带电粒子在匀强电场中的偏转问题,采用分解观点处理,同学要熟练的推导出偏移量、位移偏角和速度偏角的表达式.
35.(2022·高二课时练习)长为的平行金属板水平放置,两极板带等量的异种电荷,板间形成匀强电场,一个带电荷量为、质量为的带电粒子,以水平初速度紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场,刚好从下极板边缘射出,射出时速度恰与水平方向成30°角,大小为,如图所示,不计粒子重力,求:
(1)粒子进入电场时初速度的大小;
(2)匀强电场的场强大小;
(3)两板间的距离。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)粒子离开电场时,速度与水平方向夹角为30°,由几何关系得速度为
(2)带电粒子在金属板间做平抛运动,在水平方向上有
在竖直方向上有又
由牛顿第二定律得解得
(3)粒子在匀强电场中做类平抛运动,在竖直方向上有
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