浙江专版2025届高考物理一轮总复习大题增分特训5带电粒子在电场中的运动课件新人教版

大题增分特训(五)带电粒子在电场中的运动
1.如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的方向射入偏转。

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U
电场可看作匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,板间距为d。

(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场
和从电场射出时沿垂直板面方向
时初速度v
的偏转距离Δy。

(2)分析物理量的数量级,是解决物理问题的
常用方法。

在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因。

已知U=2.0×102 V,d=4.0×10-2 m,m=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,g取10 m/s2。

(3)极板间既有静电场也有重力场。

电势反映了静电场各点的能的性质,请写出电势φ的定义式。

类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势”φ
的概念,并简要
G
说明电势和“重力势”的共同特点。

(2)考虑电子所受重力和静电力的数量级,由于F≫G,因此不需要考虑电子所受重力。

2.2018年,人类历史上第一架由离子引擎推动的飞机诞生,这种引擎不需要燃料,也无污染物排放。

引擎获得推力的原理如图所示,进入电离室的气体被电离成正离子,而后飘入电极A、B之间的匀强电场(初速度忽略不计),A、B间电压为U,使正离子加速形成离子束,在加速过程中引擎获得恒定的推力。

单位时间内飘入的正离子数目为定值,离子质量为m,电荷量为Ze,其中Z是正整数,e是元电荷。

,求单位时间内飘入A、
(1)若引擎获得的推力为F
B间的正离子数目N为多少。

(2)加速正离子束所消耗的功率P不同时,引擎获得
的推力F也不同,试推导的表达式。

(3)为提高能量的转换效率,要使尽量大,请提出
增大的三条建议。

3.如图所示,在竖直平面内固定一光滑圆弧轨道AB,轨道半径为R=0.4 m,轨道最高点A与圆心O等高。

有一倾角θ=30°的斜面,斜面底端C点在圆弧轨道B点正下方、距B点H=1.5 m。

圆弧轨道和斜面均处于电场强度大小E=100 N/C、竖直向下的匀强电场中。

现将一个质量为m=0.02 kg、带电荷量为+2×10-3 C的带电小球从A点由静止释放,小球通过B点离开圆弧轨道沿水平方向飞出,当小球运动到斜面上D点时速度方向恰与斜面垂直,并刚好与一个以一定初速度从斜面底端上
滑的物块相遇。

若物块与斜面间的动摩擦因数μ= ,
空气阻力不计,g取10 m/s2,小球和物块都可视为质点。

求:
(1)小球经过B点时对轨道的压力F N B;
(2)B、D两点间电势差U BD;
(3)物块上滑初速度v0满足条件的最小值。

答案(1)1.2 N,竖直向下 (2)120 V (3)3.10 m/s
,从A到B的过程只有重力和静电解析(1)设小球到达B点的速度大小为v
B
力做功,
根据动能定理有
=4 m/s
得v
B
B点是圆周运动最低点,合力提供向心力即 , '=1.2 N
得F
N B
根据牛顿第三定律,小球对轨道压力大小等于轨道对其弹力大小,即
F N B=1.2 N,方向竖直向下。

4.如图所示,一内壁光滑的绝缘圆管ADB固定在竖直平面内。

圆管的圆心为O,D 点为圆管的最低点,A、B两点在同一水平线上,AB=2L,圆管的半径为r= L(自身的直径忽略不计)。

过OD的虚线与过AB的虚线垂直相交于C点,在虚线AB的上方存在方向水平向右、范围足够大的匀强电场;虚线AB的下方存在方向竖直
= 。

圆心O正上方的P点有一向下、范围足够大的匀强电场,电场强度大小E
2
质量为m、电荷量为-q(q>0)的小球(可视为质点),PC间距为L。

现将该小球从P 点无初速释放,经过一段时间后,小球刚好从管口A无碰撞
地进入圆管内,并继续运动。

重力加速度为g。

求:
(1)虚线AB上方匀强电场的电场强度的大小;
(2)小球在AB管中运动经过D点时对管的压力;
(3)小球从管口B离开后,经过一段时间到达虚线
AB上的N点(图中未标出),在圆管中运动的时间与总时间之比。