资源简介 第十章 专题课 带电粒子在电场中的运动分析1. (多选)如图所示,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. 所受重力与静电力平衡B. 电势能逐渐增加C. 动能逐渐增加D. 做匀变速直线运动2. (多选)如图所示,一带电液滴在重力和水平匀强电场对它的作用力的作用下,从静止开始由b沿直线运动到d,且bd与竖直方向的夹角为45°,则下列结论中,正确的有( )A. 此液滴带负电B. 液滴做匀加速直线运动C. 合力对液滴做的总功等于0D. 液滴的电势能减少3. (多选)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m、可看成质点的带电小球以初速度v从M点竖直向上抛出,通过N点时,速度大小为v,方向与电场方向相反。若M、N连线与水平方向夹角为45°,则小球从M点运动到N点的过程中( )A. 小球的动能先减小再增大B. 小球的机械能先增大再减小C. 小球的重力大小一定等于电场力大小D. 小球的电势能一定逐渐增大4. (多选)[2025·杭州高三开学考试]如图所示,竖直绝缘光滑圆环处于水平向右的匀强电场中,直径AD与竖直方向夹角为37°,OB和OC分别为竖直和水平半径。一可视为质点、质量为m的带电小球,在A点时给小球一个初速度,使其恰能在圆环内侧做完整的圆周运动,到D点时对环压力最大。已知m=0.08 kg,sin 37°=0.6,g取10 m/s2。小球做圆周运动的过程中( )A. 圆环的半径为1 mB. 在C点处的电势能最小C. 在B点处的动能最小D. 小球所受电场力的大小为0.6 N,方向水平向右5. (多选)如图所示,一质量为m、电荷量为q的带正电小球以大小为v0的初速度从足够长的固定斜面上的A点水平抛出,经时间t1落在斜面上,落在斜面上时的速度方向与水平方向的夹角为α1,第二次加一电场强度大小E=(g为重力加速度大小)、方向竖直向下的匀强电场,其他条件不变,结果小球经时间t2落在斜面上,落在斜面上时的速度方向与水平方向的夹角为α2。不计空气阻力。下列说法中,正确的有( )A. t1=2t2B. 2t1=t2C. α1=α2D. α1=2α26. 如图所示,平行金属板A、B水平正对放置,分别带等量异号的电荷。一带电微粒沿水平方向射入板间,在重力和静电力的共同作用下运动,其运动轨迹如图中虚线所示,那么( )A. 若微粒带正电荷,则A板一定带正电荷B. 微粒从M点运动到N点,其电势能一定增加C. 微粒从M点运动到N点,其动能一定增加D. 微粒从M点运动到N点,其机械能一定增加7. 如图所示,人体的细胞膜由磷脂双分子层组成,双分子层之间存在电压(医学上称为膜电位),使得只有带特定电荷的粒子才能通过细胞膜进入细胞内。初速度为v0的正一价钠离子仅在电场力的作用下,从细胞膜外A点刚好运动到细胞膜内B点。将膜内的电场看作匀强电场,已知A点电势为φa,正一价钠离子质量为m,质子电荷量为e,细胞膜的厚度为d。下列说法中,正确的是( )A. 钠离子做匀减速直线运动的加速度大小a=B. 膜内匀强电场的场强E=C. B点电势φb=φa+D. 钠离子在B点的电势能为Eb=φae+8. 如图所示,固定在竖直面内、半径为R的光滑绝缘半圆形轨道ABC,圆心为O,AC为水平直径,处在水平向右的匀强电场中,电场线与轨道平面平行。一个质量为m、电荷量为q、可视为质点的带电小球从轨道上的A点由静止释放,小球始终沿圆弧轨道运动。下列说法中,正确的是( )A. 小球从A运动到B的过程中,小球的机械能可能增加B. 小球一定会运动到C点C. 小球运动速度最大的位置一定是AB段圆弧上的某一点D. 小球一定带正电9. (多选)如图甲所示,平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力),两板间距离足够大。当两板间加上如图乙所示的交变电压后,电子速度v、位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的有( )甲 乙A. B.C. D.10. 如图所示,ABCD是竖直放置在电场强度E=3×104 V/m的水平匀强电场中的绝缘光滑轨道,其中轨道的BCD部分是半径为R的半圆环,轨道的水平部分与半圆环相切于B点,A为水平轨道上的一点,且AB=R=0.2 m。把一质量m=400 g、所带电荷量q=10-4 C的小球放在水平轨道上的A点(图中未画出),由静止开始释放后,小球在轨道的内侧运动。(g取10 m/s2)(1)小球到达B点时的速度是多大?(2)小球到达C点时对轨道的压力是多大?(3)小球所能获得的最大动能是多少?第十章 专题课 带电粒子在电场中的运动分析1. (多选)如图所示,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( BD )A. 所受重力与静电力平衡B. 电势能逐渐增加C. 动能逐渐增加D. 做匀变速直线运动【解析】 对粒子受力分析,粒子所受合力水平向左,做匀减速直线运动;静电力做负功,电势能增加,动能减少。B、D正确。2. (多选)如图所示,一带电液滴在重力和水平匀强电场对它的作用力的作用下,从静止开始由b沿直线运动到d,且bd与竖直方向的夹角为45°,则下列结论中,正确的有( ABD )A. 此液滴带负电B. 液滴做匀加速直线运动C. 合力对液滴做的总功等于0D. 液滴的电势能减少【解析】 液滴所受的合外力沿bd方向,可知液滴受到的静电力方向水平向右,则此液滴带负电,A正确;液滴所受合外力恒定,加速度恒定,液滴做匀加速直线运动,B正确;合力不为0,且合力与速度方向共线,则合力做的功不为零,C错误;从b到d,静电力做正功,液滴的电势能减少,D正确。3. (多选)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m、可看成质点的带电小球以初速度v从M点竖直向上抛出,通过N点时,速度大小为v,方向与电场方向相反。若M、N连线与水平方向夹角为45°,则小球从M点运动到N点的过程中( AC )A. 小球的动能先减小再增大B. 小球的机械能先增大再减小C. 小球的重力大小一定等于电场力大小D. 小球的电势能一定逐渐增大【解析】 由题意可知,电场力对小球做正功,则小球的电势能一直减小,除了重力之外的其他力对小球做正功,则小球的机械能一直增加,B、D错误;根据位移—速度关系v2=2ax可得竖直方向的加速度和水平方向加速度大小相等,可得ax=ay,又max=qE,may=mg,可得mg=qE,C正确;根据动能定理得Ek-Ek0=-mgy+qEx,即Ek=-mgy+qEx+Ek0,竖直方向做初速度为v的匀减速直线运动,水平方向做初速度为0的匀加速直线运动,开始重力做的负功大于电场力做的正功,竖直方向速度和水平方向速度大小相等后,电场力做的正功大于重力所做负功,所以动能先减小后增大,A正确。4. (多选)[2025·杭州高三开学考试]如图所示,竖直绝缘光滑圆环处于水平向右的匀强电场中,直径AD与竖直方向夹角为37°,OB和OC分别为竖直和水平半径。一可视为质点、质量为m的带电小球,在A点时给小球一个初速度,使其恰能在圆环内侧做完整的圆周运动,到D点时对环压力最大。已知m=0.08 kg,sin 37°=0.6,g取10 m/s2。小球做圆周运动的过程中( BD )A. 圆环的半径为1 mB. 在C点处的电势能最小C. 在B点处的动能最小D. 小球所受电场力的大小为0.6 N,方向水平向右【解析】 因在D点时对环压力最大,可知电场力与重力的合力即等效重力方向一定沿AD方向,大小为F等==1 N,等效重力加速度g'==12.5 m/s2,在D点,根据牛顿第二定律有FN-mg'=m,在A点,根据牛顿第二定律有mg'=m,从A到D过程中,根据动能定理可得m+F等·2R=m,可知,R值无法计算,A错误;电场力与重力的合力即等效重力方向一定沿AD方向,可得小球受到的电场力水平向右,小球带正电,C点为光滑圆环最右端,电势最低,带电小球的电势能最小,B正确;在等效重力场中,A为最高点,带电小球在A点的速度最小,A点的动能最小,C错误;小球所受电场力的大小F=mgtan 37°=0.6 N,方向水平向右,D正确。5. (多选)如图所示,一质量为m、电荷量为q的带正电小球以大小为v0的初速度从足够长的固定斜面上的A点水平抛出,经时间t1落在斜面上,落在斜面上时的速度方向与水平方向的夹角为α1,第二次加一电场强度大小E=(g为重力加速度大小)、方向竖直向下的匀强电场,其他条件不变,结果小球经时间t2落在斜面上,落在斜面上时的速度方向与水平方向的夹角为α2。不计空气阻力。下列说法中,正确的有( AC )A. t1=2t2B. 2t1=t2C. α1=α2D. α1=2α2【解析】 设斜面倾角为θ,小球在竖直方向上的加速度大小为a,则tan θ=,解得t=,由题意可知a1=g,a2=g+=2g,所以=2,A正确,B错误;根据速度的合成与分解有tan α==2tan θ,所以α1=α2,C正确,D错误。6. 如图所示,平行金属板A、B水平正对放置,分别带等量异号的电荷。一带电微粒沿水平方向射入板间,在重力和静电力的共同作用下运动,其运动轨迹如图中虚线所示,那么( C )A. 若微粒带正电荷,则A板一定带正电荷B. 微粒从M点运动到N点,其电势能一定增加C. 微粒从M点运动到N点,其动能一定增加D. 微粒从M点运动到N点,其机械能一定增加【解析】 由于不知道重力和静电力的大小关系,故不能确定静电力方向,不能确定微粒电性,也不能确定静电力对微粒做的功的正负,A、B、D错误;根据微粒偏转方向可知微粒所受合外力一定竖直向下,则合外力对微粒做正功,由动能定理知微粒从M点运动到N点动能一定增加,C正确。7. 如图所示,人体的细胞膜由磷脂双分子层组成,双分子层之间存在电压(医学上称为膜电位),使得只有带特定电荷的粒子才能通过细胞膜进入细胞内。初速度为v0的正一价钠离子仅在电场力的作用下,从细胞膜外A点刚好运动到细胞膜内B点。将膜内的电场看作匀强电场,已知A点电势为φa,正一价钠离子质量为m,质子电荷量为e,细胞膜的厚度为d。下列说法中,正确的是( D )A. 钠离子做匀减速直线运动的加速度大小a=B. 膜内匀强电场的场强E=C. B点电势φb=φa+D. 钠离子在B点的电势能为Eb=φae+【解析】 正一价钠离子做匀减速直线运动,刚好到达B点,即到达B点时速度为0,由0-=-2ad,解得加速度大小a=,A错误;由牛顿第二定律可知Ee=ma,解得E=,B错误;由动能定理可得(φa-φb)e=0-m,解得B点电势为φb=φa+,C错误;钠离子在B点电势能为Eb=φbe=φae+,D正确。8. 如图所示,固定在竖直面内、半径为R的光滑绝缘半圆形轨道ABC,圆心为O,AC为水平直径,处在水平向右的匀强电场中,电场线与轨道平面平行。一个质量为m、电荷量为q、可视为质点的带电小球从轨道上的A点由静止释放,小球始终沿圆弧轨道运动。下列说法中,正确的是( C )A. 小球从A运动到B的过程中,小球的机械能可能增加B. 小球一定会运动到C点C. 小球运动速度最大的位置一定是AB段圆弧上的某一点D. 小球一定带正电【解析】小球沿圆弧轨道运动,不脱离轨道,所以受到的电场力水平向左,则小球一定带负电,小球从A运动到B的过程中,电场力做负功,电势能增大,机械能减小,A、D错误;小球向右运动过程中,电场力做负功,电势能增大,机械能减小,因此小球不可能到达C点,B错误;小球在电场和重力场的叠加场中运动,电场力水平向左,重力方向竖直向下,所以电场和重力场的等效最低点在圆弧AB段上,因此小球速度最大的位置一定是AB段圆弧上某一点,C正确。9. (多选)如图甲所示,平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力),两板间距离足够大。当两板间加上如图乙所示的交变电压后,电子速度v、位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的有( AD )甲 乙A. B.C. D.【解析】 在平行金属板之间加上如题图乙所示的交变电压时,因为电子在平行金属板间所受的静电力大小F=,所以电子所受的静电力大小不变,由牛顿第二定律F=ma可知,电子在第一个内向B板做匀加速直线运动;在第二个内向B板做匀减速直线运动,在第三个内向A板做匀加速直线运动,在第四个内向A板做匀减速直线运动,所以a-t图像如选项D所示,v-t图像如选项A所示;又因为匀变速直线运动的位移x=v0t+at2,所以x-t图像应是曲线,A、D正确,B、C错误。10. 如图所示,ABCD是竖直放置在电场强度E=3×104 V/m的水平匀强电场中的绝缘光滑轨道,其中轨道的BCD部分是半径为R的半圆环,轨道的水平部分与半圆环相切于B点,A为水平轨道上的一点,且AB=R=0.2 m。把一质量m=400 g、所带电荷量q=10-4 C的小球放在水平轨道上的A点(图中未画出),由静止开始释放后,小球在轨道的内侧运动。(g取10 m/s2)(1)小球到达B点时的速度是多大?(2)小球到达C点时对轨道的压力是多大?(3)小球所能获得的最大动能是多少?【答案】(1) m/s(2)7 N (3)0.8 J【解析】 (1)设小球在B点时速度为vB,小球从A至B的过程中,由动能定理得EqR=m,解得vB= m/s。(2)设小球在C点时的速度大小是vC,小球从A至C的过程中,由动能定理得qE·2R-mgR=m-0,解得vC= m/s,小球在C点时受力情况如图所示,有FNC-Eq=m,解得FNC=7 N,根据牛顿第三定律可知,小球对轨道的压力为7 N。(3)由题可知mg=4 N,Eq=3 N。设小球和O点的连线与竖直方向的夹角为θ时动能最大,为Ekm,则tan θ=,Ekm=EqR(1+sin θ)-mgR(1-cos θ),解得Ekm=0.8 J。(共18张PPT)专题课 带电粒子在电场中的运动分析高中物理 必修 第三册静电场中的能量第十章必备知识练1. (多选)如图所示,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. 所受重力与静电力平衡B. 电势能逐渐增加C. 动能逐渐增加D. 做匀变速直线运动【解析】 对粒子受力分析,粒子所受合力水平向左,做匀减速直线运动;静电力做负功,电势能增加,动能减少。B、D正确。BD2. (多选)如图所示,一带电液滴在重力和水平匀强电场对它的作用力的作用下,从静止开始由b沿直线运动到d,且bd与竖直方向的夹角为45°,则下列结论中,正确的有( )A. 此液滴带负电B. 液滴做匀加速直线运动C. 合力对液滴做的总功等于0D. 液滴的电势能减少【解析】 液滴所受的合外力沿bd方向,可知液滴受到的静电力方向水平向右,则此液滴带负电,A正确;液滴所受合外力恒定,加速度恒定,液滴做匀加速直线运动,B正确;合力不为0,且合力与速度方向共线,则合力做的功不为零,C错误;从b到d,静电力做正功,液滴的电势能减少,D正确。ABD3. (多选)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m、可看成质点的带电小球以初速度v从M点竖直向上抛出,通过N点时,速度大小为v,方向与电场方向相反。若M、N连线与水平方向夹角为45°,则小球从M点运动到N点的过程中( )A. 小球的动能先减小再增大B. 小球的机械能先增大再减小C. 小球的重力大小一定等于电场力大小D. 小球的电势能一定逐渐增大【解析】 由题意可知,电场力对小球做正功,则小球的电势能一直减小,除了重力之外的其他力对小球做正功,则小球的机械能一直增加,B、D错误;根据位移—速度关系v2=2ax可得竖直方向的加速度和水平方向加速度大小相等,可得ax=ay,又max=qE,may=mg,可得mg=qE,C正确;根据动能定理得Ek-Ek0=-mgy+qEx,即Ek=-mgy+qEx+Ek0,竖直方向做初速度为v的匀减速直线运动,水平方向做初速度为0的匀加速直线运动,开始重力做的负功大于电场力做的正功,竖直方向速度和水平方向速度大小相等后,电场力做的正功大于重力所做负功,所以动能先减小后增大,A正确。AC4. (多选)[2025·杭州高三开学考试]如图所示,竖直绝缘光滑圆环处于水平向右的匀强电场中,直径AD与竖直方向夹角为37°,OB和OC分别为竖直和水平半径。一可视为质点、质量为m的带电小球,在A点时给小球一个初速度,使其恰能在圆环内侧做完整的圆周运动,到D点时对环压力最大。已知m=0.08 kg,sin 37°=0.6,g取10 m/s2。小球做圆周运动的过程中( )A. 圆环的半径为1 mB. 在C点处的电势能最小C. 在B点处的动能最小D. 小球所受电场力的大小为0.6 N,方向水平向右BD【解析】 因在D点时对环压力最大,可知电场力与重力的合力即等效重力方向一定沿AD方向,大小为F等==1 N,等效重力加速度g'==12.5 m/s2,在D点,根据牛顿第二定律有FN-mg'=m,在A点,根据牛顿第二定律有mg'=m,从A到D过程中,根据动能定理可得m+F等·2R=m,可知,R值无法计算,A错误;电场力与重力的合力即等效重力方向一定沿AD方向,可得小球受到的电场力水平向右,小球带正电,C点为光滑圆环最右端,电势最低,带电小球的电势能最小,B正确;在等效重力场中,A为最高点,带电小球在A点的速度最小,A点的动能最小,C错误;小球所受电场力的大小F=mgtan 37°=0.6 N,方向水平向右,D正确。5. (多选)如图所示,一质量为m、电荷量为q的带正电小球以大小为v0的初速度从足够长的固定斜面上的A点水平抛出,经时间t1落在斜面上,落在斜面上时的速度方向与水平方向的夹角为α1,第二次加一电场强度大小E=(g为重力加速度大小)、方向竖直向下的匀强电场,其他条件不变,结果小球经时间t2落在斜面上,落在斜面上时的速度方向与水平方向的夹角为α2。不计空气阻力。下列说法中,正确的有( )A. t1=2t2 B. 2t1=t2C. α1=α2 D. α1=2α2【解析】 设斜面倾角为θ,小球在竖直方向上的加速度大小为a,则tan θ=,解得t=,由题意可知a1=g,a2=g+=2g,所以=2,A正确,B错误;根据速度的合成与分解有tan α==2tan θ,所以α1=α2,C正确,D错误。AC6. 如图所示,平行金属板A、B水平正对放置,分别带等量异号的电荷。一带电微粒沿水平方向射入板间,在重力和静电力的共同作用下运动,其运动轨迹如图中虚线所示,那么( )A. 若微粒带正电荷,则A板一定带正电荷B. 微粒从M点运动到N点,其电势能一定增加C. 微粒从M点运动到N点,其动能一定增加D. 微粒从M点运动到N点,其机械能一定增加【解析】 由于不知道重力和静电力的大小关系,故不能确定静电力方向,不能确定微粒电性,也不能确定静电力对微粒做的功的正负,A、B、D错误;根据微粒偏转方向可知微粒所受合外力一定竖直向下,则合外力对微粒做正功,由动能定理知微粒从M点运动到N点动能一定增加,C正确。C关键能力练7. 如图所示,人体的细胞膜由磷脂双分子层组成,双分子层之间存在电压(医学上称为膜电位),使得只有带特定电荷的粒子才能通过细胞膜进入细胞内。初速度为v0的正一价钠离子仅在电场力的作用下,从细胞膜外A点刚好运动到细胞膜内B点。将膜内的电场看作匀强电场,已知A点电势为φa,正一价钠离子质量为m,质子电荷量为e,细胞膜的厚度为d。下列说法中,正确的是( )A. 钠离子做匀减速直线运动的加速度大小a=B. 膜内匀强电场的场强E=C. B点电势φb=φa+D. 钠离子在B点的电势能为Eb=φae+D【解析】 正一价钠离子做匀减速直线运动,刚好到达B点,即到达B点时速度为0,由0-=-2ad,解得加速度大小a=,A错误;由牛顿第二定律可知Ee=ma,解得E=,B错误;由动能定理可得(φa-φb)e=0-m,解得B点电势为φb=φa+,C错误;钠离子在B点电势能为Eb=φbe=φae+,D正确。8. 如图所示,固定在竖直面内、半径为R的光滑绝缘半圆形轨道ABC,圆心为O,AC为水平直径,处在水平向右的匀强电场中,电场线与轨道平面平行。一个质量为m、电荷量为q、可视为质点的带电小球从轨道上的A点由静止释放,小球始终沿圆弧轨道运动。下列说法中,正确的是( )A. 小球从A运动到B的过程中,小球的机械能可能增加B. 小球一定会运动到C点C. 小球运动速度最大的位置一定是AB段圆弧上的某一点D. 小球一定带正电【解析】小球沿圆弧轨道运动,不脱离轨道,所以受到的电场力水平向左,则小球一定带负电,小球从A运动到B的过程中,电场力做负功,电势能增大,机械能减小,A、D错误;小球向右运动过程中,电场力做负功,电势能增大,机械能减小,因此小球不可能到达C点,B错误;小球在电场和重力场的叠加场中运动,电场力水平向左,重力方向竖直向下,所以电场和重力场的等效最低点在圆弧AB段上,因此小球速度最大的位置一定是AB段圆弧上某一点,C正确。C9. (多选)如图甲所示,平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力),两板间距离足够大。当两板间加上如图乙所示的交变电压后,电子速度v、位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的有( )甲 乙A. B. C. D.AD【解析】 在平行金属板之间加上如题图乙所示的交变电压时,因为电子在平行金属板间所受的静电力大小F=,所以电子所受的静电力大小不变,由牛顿第二定律F=ma可知,电子在第一个内向B板做匀加速直线运动;在第二个内向B板做匀减速直线运动,在第三个内向A板做匀加速直线运动,在第四个内向A板做匀减速直线运动,所以a-t图像如选项D所示,v-t图像如选项A所示;又因为匀变速直线运动的位移x=v0t+at2,所以x-t图像应是曲线,A、D正确,B、C错误。拓展突破练10. 如图所示,ABCD是竖直放置在电场强度E=3×104 V/m的水平匀强电场中的绝缘光滑轨道,其中轨道的BCD部分是半径为R的半圆环,轨道的水平部分与半圆环相切于B点,A为水平轨道上的一点,且AB=R=0.2 m。把一质量m=400 g、所带电荷量q=10-4 C的小球放在水平轨道上的A点(图中未画出),由静止开始释放后,小球在轨道的内侧运动。(g取10 m/s2)(1)小球到达B点时的速度是多大?(2)小球到达C点时对轨道的压力是多大?(3)小球所能获得的最大动能是多少?【答案】(1) m/s(2)7 N (3)0.8 J【解析】 (1)设小球在B点时速度为vB,小球从A至B的过程中,由动能定理得EqR=m,解得vB= m/s。(2)设小球在C点时的速度大小是vC,小球从A至C的过程中,由动能定理得qE·2R-mgR=m-0,解得vC= m/s,小球在C点时受力情况如图所示,有FNC-Eq=m,解得FNC=7 N,根据牛顿第三定律可知,小球对轨道的压力为7 N。(3)由题可知mg=4 N,Eq=3 N。设小球和O点的连线与竖直方向的夹角为θ时动能最大,为Ekm,则tan θ=,Ekm=EqR(1+sin θ)-mgR(1-cos θ),解得Ekm=0.8 J。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第十章 专题课 带电粒子在电场中的运动分析 - 学生版.docx 第十章 专题课 带电粒子在电场中的运动分析.docx 第十章 专题课 带电粒子在电场中的运动分析.pptx