2024_2025学年新教材高中物理第十章静电场中的能量习题课带电粒子在电场中运动的四种题型课后练习含解析新人教版必修第三册.docx
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习题课:带电粒子在电场中运动的四种题型
合格考达标练
1.
如图,两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a点从静止释放一带电微粒,微粒恰好保持静止状态,现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°,再由a点从静止释放一同样的微粒,该微粒将()
A.保持静止状态
B.向左上方做匀加速运动
C.向正下方做匀加速运动
D.向左下方做匀加速运动
答案D
解析两平行金属板水平放置时,带电微粒静止,有mg=qE,现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°后,两板间电场强度方向逆时针旋转45°,静电力方向也逆时针旋转45°,但大小不变,此时静电力和重力的合力大小恒定,方向指向左下方,故该微粒将向左下方做匀加速运动,选项D正确。
2.(2024山东潍坊联考)空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度E随x改变的图像如图所示(沿x轴正方向为电场强度正方向)。下列说法正确的是()
A.O点的电势最低
B.x2点的电势最高
C.x1和-x1两点的电势相等
D.x1和x3两点的电势相等
答案C
解析由题图可得电场线以O点为中心指向正、负方向,沿电场线方向电势渐渐降低,所以O点的电势最高,选项A、B错误;E-x图像与横轴所围的面积表示电势差,因图像关于O对称,所以从O点到x1点和从O点到-x1点电势着陆相等,故x1和-x1两点的电势相等,选项C正确;x1、x3两点的电场强度大小相等,沿电场线方向电势渐渐降低,电势不相等,选项D错误。
3.如图所示,一个平行板电容器充电后与电源断开,从负极板处释放一个电子(不计重力),设其到达正极板时的速度为v1,加速度为a1。若将两极板间的距离增大为原来的2倍,再从负极板处释放一个电子,设其到达正极板时的速度为v2,加速度为a2,则()
A.a1∶a2=1∶1,v1∶v2=1∶2
B.a1∶a2=2∶1,v1∶v2=1∶2
C.a1∶a2=2∶1,v1∶v2=∶1
D.a1∶a2=1∶1,v1∶v2=1∶
答案D
解析电容器充电后与电源断开,再增大两极板间的距离时,电场强度不变,电子在电场中受到的静电力不变,故a1∶a2=1∶1。由动能定理Ue=mv2得v=,因两极板间的距离增大为原来的2倍,由U=Ed知,电势差U增大为原来的2倍,故v1∶v2=1∶。
4.如图所示,质量为m、带电荷量为q的小球以初速度v0从A点竖直向上射入水平方向的匀强电场中,小球通过电场中B点时,速率vB=2v0,方向与电场的方向一样,则A、B两点的电势差为()
A.B.
C. D.
答案C
解析小球从A到B,依据动能定理得qUAB-mgh=,速率vB=2v0,因为小球在竖直方向只受到重力,则有2gh=,联立解得UAB=,故C正确。
5.如图所示,一个带负电的油滴以初速度v0从P点斜向上射入水平方向的匀强电场中。若油滴到达最高点的速度大小仍为v0,则油滴运动的最高点的位置()
A.在P点的左上方 B.在P点的右上方
C.在P点的正上方 D.上述状况都可能
答案A
解析油滴仅在重力与静电力作用下运动,直到运动到最高点Q,此过程初动能与末动能相同,设油滴上升的高度为h,油滴的初、末位置间的电势差为UPQ,油滴带的电荷量为-q,由动能定理得-qUPQ-mgh=,解得UPQ=-,故UPQ0,说明Q点的电势高于P点的电势,即油滴的最高点的位置应在P点的左上方,A正确。
6.一质量为m、带电荷量为+q的微粒放在静电场中,电场强度随时间改变的规律如图所示。带电微粒只在静电力的作用下,从t=0由静止起先运动。请分析带电微粒的运动状况并计算3t0时间内发生的位移。
答案运动状况见解析
解析0~t0时间内,微粒做匀加速直线运动
a=
t0时刻速度v1=at0=
t0时间内位移x1=
t0~2t0时间内,微粒做匀减速直线运动,加速度大小同0~t0时间段
2t0时刻末速度v2=v1-at0=0
t0~2t0时间内位移x2=v1t0-
2t0~3t0重复0~t0的运动
故带电微粒先做匀加速直线运动,再做匀减速直线运动至速度为0,以后以2t0为一个周期重复此运动
前3t0时间内位移x总=2x1+x2=。
提示本题也可借助图像法求解,如图所示。
7.如图所示,一长为L=0.20m的丝线的一端拴一质量为m=1.0×10-4kg、带电荷量为q=+1.0×10-6C的小球,另一端连在一水平轴O上,丝线拉着小球可在竖直平面内做圆周运动,整个装置处在竖直向上的匀强电场中,电场强度E=2.0×103N/C。现将小球拉到与轴O在同一水平面上的A点,然后无初速度地将小球释放,g取10m/s2。求:
(1)小球通过最高点B时速度的大小。
(2)小球通过最高点B时,丝线对小球拉力的大小。
答案(1)2m