十年高考物理分类汇编十 带电粒子在电场中的运动

11十年高考物理分类汇编十带电粒子在电场中的运动一．2012年高考题1.（2012·新课标理综）如图，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子A．.所受重力与电场力平衡B．.电势能逐渐增加C．.动能逐渐增加D．.做匀变速直线运动1.【答案】：BD识。2（2012·山东理综）图中虚线为一组间距相等的同心圆，圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初速度射入电场，实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，a、b、c三点是实线与虚线的交点。则该粒子A．带负电B．在c点受力最大C．在b点的电势能大于在c点的电势能D．由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化【答案】CD【解析】由粒子仅在电场力作用下的运动轨迹可知，该粒子受到圆心处正点电荷的排斥，该粒子带正电，在a点受力最大，选项AB错误；该粒子在b点的电势能大于在c点的电势能，选项C正确；该电场等距等势面ab之间电势差大于bc之间的电势差，由动能定理可知，该粒子由a点到b点的动能变化大22于由b点到c点的动能变化，选项D正确。【考点定位】此题考查带电粒子在点电荷电场中的运动及其相关知识。3.(2012·天津理综)两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用，则粒子在电场中A．做直线运动，电势能先变小后变大B．做直线运动，电势能先变大后变小C．做曲线运动，电势能先变小后变大D．做曲线运动，电势能先变大后变小4（2012·四川理综）如图所示，ABCD为固定在竖直平面内的轨道，AB段光滑水平，BC段为光滑圆弧，对应的圆心角θ=37°，半径r=2.5m，CD段平直倾斜且粗糙，各段轨道均平滑连接，倾斜轨道所在区域有场强大小为E=2×105N/C、方向垂直于斜轨向下的匀强电场。质量m=5×10-2kg、电荷量q=+1×10-6C的小物体（视为质点）被弹簧枪发射后，沿水平轨道向左滑行，在C点以速度v0=3m/s冲上斜轨。以小物体通过C点时为计时起点，0.1s以后，场强大小不变，方向反向。已知斜轨与小物体间的动摩擦因数μ=0.25。设小物体的电荷量保持不变，取g=10m/s2，sin37°=0.6，33cos37°=0.8。（1）求弹簧枪对小物体所做的功；（2）在斜轨上小物体能到达的最高点为P，示CP的长度。【解析】（1）设弹簧枪对小物体做功为Wf，由动能定理得：Wf-mgr(1-cosθ)=12mv02.①代入数据得，Wf=0.475J。②（2）取沿平直斜轨道向上为正方向。设小物块通过C点进入电场后的加速度为a1，0=v1+a2t2，s1=v1t2+12a2t22。设CP的长度为s，有s=s1+s2。联立相关方程，代入数据解得：s=0.57m。【考点定位】此题考查动能定理、牛顿运动定律、匀变速直线运动规律及其相关知识。二．2011年高考题1．（2011江苏物理第8题）一粒子从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面平行，不计粒子的重力。下列说法正确的有A．粒子带负电荷44B．粒子的加速度先不变，后变小C．粒子的速度不断增大D．粒子的电势能先减小，后增大【答案】AB【点评】题中给出的等势面是等差（相邻等势面之间的电势差相等0等势面。2（2011广东理综第21题.）图8为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是A.到达集尘极的尘埃带正电荷B.电场方向由集尘极指向放电极C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大【解析】：由于集尘机与电源正极相连，到达集尘极的尘埃带负电荷，电场方向由集尘极指向放电极，带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相反，由F=qE可知，同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，选项BD正确AC错误。【答案】：BD【点评】此题考查静电除尘器除尘机理。3.（2011福建理综卷第20题）反射式速调管是常用的微波器械之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似。如图所示，在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从A点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动。已知电场强度55的大小分别是312.010EN/C和324.010EN/C，方向如图所示，带电微粒质量201.010mkg，带电量91.010qC,A点距虚线MN的距离11.0dcm，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应。求：（1）B点到虚线MN的距离2d；（2）带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t。【解析】：（1）带电微粒由A运动到B的过程中，由动能定理有│q│E1d1-│q│E2d2=0，解得d2=12EEd2=0.50cm.（2）设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2，由牛顿第二定律有│q│E1=ma1，│q│E2=ma2，设微粒在虚线MN两侧运动的时间分别为t1、t2，由运动学公式有d1=12a1t12，d2=12a2t22，t=t1+t2，联立解得t=1.5×10-8s。【点评】此题考查电场力、动能定理、牛顿运动定律、匀变速直线运动规律等知识点。三．2010年高考题1（2011安徽理综卷第18题）图（a）为示波管的原理图。如果在电极YY’之间所加的电压按图（b）所示的规律变化，在电极XX’之间所加的电压按图（c）所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是66解析：此题考查示波管。带电粒子在电场中的运动等知识点。由电极YY’之间所加的电压按图（b）所示的规律变化可知，在y方向图形从y=0开始且向+y方向运动；由在电极XX’之间所加的电压按图（c）所示的规律变化可知，在x方向图形从-x半个周期开始，所以在荧光屏上会看到的图形是B。答案：B2．（2010全国新课标理综）.静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器。.某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图中直线ab为该收尘板的横截面。.工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上。.若用粗黑曲线表示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列4幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力)【解析】根据电场线的切线方向表示电场强度方向，带负电的粉尘所受电场力的77方向为电场线的切线的反方向。原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，只可能是图A所示。【答案】A【点评】只有当电场线为直线，初速度为零的带电粒子运动轨迹才与电场线重合。若带电粒子初速度不为零，则带电粒子一定向所受力的方向偏转；若电场线为曲线，带电粒子初速度为零，则带电粒子在电场力方向加速后一定向所受力的方向偏转。3.（2010·四川省理综）如图所示，圆弧虚线表示正点电荷电场的等势面，相邻两等势面间的电势差相等。光滑绝缘直杆沿电场方向水平放置并固定不动，杆上套有一带正电的小滑块(可视为质点)，滑块通过绝缘轻弹簧与固定点O相连，并以某一初速度从M点运动到N点，OM＜ON。若滑块在M、N时弹簧的弹力大小相等，弹簧始终在弹性限度内，则A、滑块从M到N的过程中，速度可能一直增大B、滑块从位置1到2的过程中，电场力做的功比从位置3到4的小C、在M、N之间的范围内，可能存在滑块速度相同的两个位置D、在M、N之间可能存在只由电场力确定滑块加速度大小的三个位置[来源:Z_xx_k.Com]3.【答案】ACD错误。4（2010·江苏物理）制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d的两平行极板，如图甲所示，加在极板A、B间的电压UAB作周期性变化，其正向88电压为U0，反向电压为-kU0(k1)。电压变化的周期为2τ，如图乙所示。在t=0时，极板B附近的一个电子，质量为m、电荷量为e，受电场作用由静止开始运动。若整个运动过程中，电子未碰到极板A，且不考虑重力作用。（1）若54k，电子在0—2r时间内不能到达极板A，求d应满足的条件；（2）若电子在0—2r时间未碰到极板B，求此运动过程中电子速度v随时间t变化的关系；（3）若电子在第N个周期内的位移为零，求k的值。解析：.（1）电子在0~τ时间内做匀加速直线运动，加速度大小a1=0eUmd，①位移x1=12a1τ2。②在τ~2τ时间内先做匀减速直线运动，后反向做匀加速直线运动，加速度大小a2=054eUmd，③加速度的大小a2′=0ekUmd速度增量△v2=-a2′τ⑧(a)当0≤t-2nττ时99电子的运动速度v=n△v1+n△v2+a1(t-2nτ)⑨解得v=[t-(k+1)nτ]0ekUmd,(n=0,1,2,……,99)⑩(b)当0≤t-(2n+1)ττ时电子的运动速度v=(n+1)△v1+n△v2-a2′[t-(2n+1)τ]○11解得v=[(n+1)(k+1)τ-kτ]0eUdm,(n=0,1,2,……,99)○12（3）电子在2(N-1)τ~(2N-1)τ时间内的位移x2N-1=v2N-2τ+12a1τ2电子在(2N-1)τ~2Nτ时间内的位移x2N=v2N-1τ-12a2′τ2由○10式可知v2N-2=(N-1)(1-k)τ0eUdm。由○12式可知，v2N-1=(N-Nk+k)τ0eUmd。依据题意，x2N-1+x2N=0，解得k=4143NN。四．2009年高考题1.（2009广东理科基础）如图1，一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中，在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹。M和N是轨迹上的两点，其中M点在轨迹的最右点。不计重力，下列表述正确的是A．粒子在M点的速率最大B．粒子所受电场力沿电场方向C．粒子在电场中的加速度不变D．粒子在电场中的电势能始终在增加[来源:学科网]【解析】根据做曲线运动物体的受力特点可知合力（电场力）指向轨迹的凹侧,即受到的电场力方向与电场线方向相反，选项B错误；粒子从N到M，电场力方向与位移夹角大于90°，电场力做负功，速度减小，电势能增加；当达到M点后继续运动，电场力方向与位移夹角小于90°，电场力做正功，速度增大，电势能减小；由此可知，粒子在M点的速率最小，选项AD错误。在整个过程中带电粒子在匀强电场中运动，电场力不变，根据牛顿第二定律，粒子在电场中的加速度不变，选项C正确。【答案】C图21010【点评】此题给出带电粒子在电场中运动的轨迹，考查曲线运动、电场力、做功、动能定理等知识点。2（2009年安徽卷第18题）．在光滑的绝缘水平面上，有一个正方形的abcd，顶点a、c处分别固定一个正点电荷，电荷量相等，如图所示。若将一个带负电的粒子置于b点，自由释放，粒子将沿着对角线bd往复运动。粒子从b点运动到d点的过程中A．先作匀加速运动，后作匀减速运动B．先从高电势到低电势，后从低电势到高电势C．电势能与机械能之和先增大，后减小D．电势能先减小，后增大答案：D做正功，电势能减小，由O到d电场力做负功，电势能增加，D对。3、（2009年四川卷第20题）．如图所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O点处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度v1从M点沿斜面上滑，到达N点时速度为零，然后下滑回到M点，此时速度为v2（v2＜v1）。若小物体电荷量保持不变，OM＝ON，则（）A．小物体上升的最大高度为22124vvgB．从N到M的过程中，小物体的电势能逐渐减小C．从M到N的过程中，电场力对小物体先做负功后做正功D．从N到M的过程中，小物体受到的摩擦力和电场力均是先增大后减小abcd··abccdO1111答案：AD－212mv和mgLsinθ－μmgLcosθ－W1＝222mv，上两式相减可得Lsinθ＝22124vvg，A对；由OM＝ON，可知电场力对小物体先作正功后作负功，电势能先减小后增大，BC错；从N到M的过程中，小物体受到的电场力垂直斜面的分力先增大后减小，而重力分力不变，则摩擦力先增大后减小，在此过程