玉溪市高中物理必修第3册第十章 静电场中的能量试卷检测题

玉溪市高中物理必修第3册第十章 静电场中的能量试卷检测题
一、第十章 静电场中的能量选择题易错题培优（难）
1．一带电粒子在电场中仅受静电力作用，做初速度为零的直线运动，取该直线为x 轴，起始点O 为坐标原点，其电势能p E 与位移x 的关系如图所示，下列图象中合理的是( )
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
粒子仅受电场力作用，做初速度为零的加速直线运动，电场力做功等于电势能的减小量，故：
P
E F x
∆=
∆ 即p E x -图象上某点的切线的斜率表示电场力；
A.p E x - 图象上某点的切线的斜率表示电场力，故电场力逐渐减小，根据
F E q
=
故电场强度也逐渐减小，故A 错误； B.根据动能定理，有：
k F x E ⋅∆=∆
故k E x -图线上某点切线的斜率表示电场力；由于电场力逐渐减小，与B 图矛盾，故B 错误；
C.按照C 图，速度随着位移均匀增加，根据公式
22
02v v ax -=
匀变速直线运动的2x v ﹣图象是直线，题图v x -图象是直线；相同位移速度增加量相等，又是加速运动，故增加相等的速度需要的时间逐渐减小，故加速度逐渐增加；而电场力减小导致加速度减小；故矛盾，故C 错误； D.粒子做加速度减小的加速运动，故D 正确．
2．空间存在一静电场，电场中的电势φ随x (x 轴上的位置坐标)的变化规律如图所示，下列说法正确的是( )
A ．x = 4 m 处的电场强度可能为零
B ．x = 4 m 处电场方向一定沿x 轴正方向
C ．沿x 轴正方向，电场强度先增大后减小
D ．电荷量为e 的负电荷沿x 轴从0点移动到6 m 处，电势能增大8 eV 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A 、由x φ-
图象的斜率等于电场强度，知x =4 m 处的电场强度不为零，选项A 错误；B 、
从0到x =4 m 处电势不断降低，但x =4 m 点的电场方向不一定沿x 轴正方向，选项B 错误；C 、由斜率看出，沿x 轴正方向，图象的斜率先减小后增大，则电场强度先减小后增大，选项C 错误；D 、沿x 轴正方向电势降低，某负电荷沿x 轴正方向移动，电场力做负功，从O 点移动到6m 的过程电势能增大8 eV ，选项D 正确．故选D ． 【点睛】
本题首先要读懂图象，知道φ-x 图象切线的斜率等于电场强度，场强的正负反映场强的方向，大小反映出电场的强弱．
3．如图所示，匀强电场中有一个以O 为圆心、半径为R 的圆，电场方向与圆所在平面平行，圆上有三点A 、B 、C ，其中A 与C 的连线为直径，∠A ＝30°。

有两个完全相同的带正电粒子，带电量均为q （q ＞0），以相同的初动能E k 从A 点先后沿不同方向抛出，它们分别运动到B 、C 两点。

若粒子运动到B 、C 两点时的动能分别为E kB ＝2E k 、E kC ＝3E k ，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，则匀强电场的场强大小为
A ．k E qR
B ．2k E qR
C ．3
3k
E qR
D ．23
3k
E qR
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
从A 点到B 点应用动能定理有：2-AB k k k qU E E E == 从A 点到C 点应用动能定理有：32-AC k k k qU E E E == 所以2AC AB U U =
做出等势面和电场线如图所示：
则从A 点到B 点应用动能定理有：,3k k R
qEd qE AD E qE E ===即 解得23
3k
E E qR
=。

选项D 正确，A 、B 、C 错误。

4．空间某一静电场的电势φ在x 轴上分布如图所示，x 轴上两点B 、C 点电场强度在x 方向上的分量分别是E Bx 、E cx ，下列说法中正确的有
A ．
B 、
C 两点的电场强度大小E Bx ＜E cx B ．E Bx 的方向沿x 轴正方向
C ．电荷在O 点受到的电场力在x 方向上的分量最大
D ．负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中，电场力先做正功，后做负功 【答案】D 【解析】 【分析】
本题的入手点在于如何判断E Bx 和E Cx 的大小，由图象可知在x 轴上各点的电场强度在x 方向的分量不相同，如果在x 方向上取极小的一段，可以把此段看做是匀强电场，用匀强电场的处理方法思考，从而得到结论，此方法为微元法． 【详解】
A 、在
B 点和
C 点附近分别取很小的一段d ，由题图得，B 点段对应的电势差大于C 点段对应的电势差，将电场看做匀强电场，有E d
ϕ
∆=
，可见E Bx >E Cx ，A 项错误．C 、同理可知O 点的斜率最小，即场强最小，电荷在该点受到的电场力最小，C 项错误．B 、沿电场线方向电势降低，在O 点左侧，E Bx 的方向沿x 轴负方向，在O 点右侧，E Cx 的方向沿x 轴正方向，B 项错误．D 、负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中，电场力先向右后向左，电场力先做正功，后做负功，D 项正确．故选D ． 【点睛】 挖掘出x φ-
图象两大重要性质：图象的斜率反映电场强度的大小，图象中ϕ降低的方向
反映场强沿x 轴的方向．
5．如图所示， A 、B 、 C 、D 是真空中一正四面体的四个顶点，每条棱长均为l .在正四面体的中心固定一电荷量为-Q 的点电荷，静电力常量为k ,下列说法正确的是
A ．A 、
B 两点的场强相同
B ．A 点电场强度大小为
283kQ
l
C ．A 点电势高于C 点电势
D ．将一正电荷从A 点沿直线移动到B 点的过程中，电场力一直不做功 【答案】B 【解析】
由于点电荷在正四面体的中心，由对称性可知，A 、B 两点的场强大小相等，但是方向不同，故A 错误；由立体几何知识，可知正四面体的中心到顶点的距离为
6
4
，由
22
2
8
3
6
KQ KQ kQ
E
r l
l
===
⎛⎫
⎪
⎝⎭
，故B正确；电势为标量，由对称性可知A点电势等于C点电
势，故C错误；从A点沿直线移动到B点的过程中电势先降低再升高，对于正电荷而言，其电势能先变小再变大，所以电场力先做正功，再做负功，故D错误．
6．如图所示，在纸面内有一直角三角形ABC，P1为AB的中点，P2为AP1的中点，BC=2 cm，∠A = 30°．纸面内有一匀强电场，电子在A点的电势能为-5 eV，在C点的电势能为19 eV，在P2点的电势能为3 eV．下列说法正确的是
A．A点的电势为-5 V
B．B点的电势为-19 V
C．该电场的电场强度方向由B点指向A点
D．该电场的电场强度大小为800 V/m
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由公式p
E
q
ϕ=可知，
pA
A
5eV
5V
E
q e
ϕ
-
===
-
故A错误．
B．A到P2的电势差为
2
A
5(3)V8V
P
Uϕϕ
=-=--=
B A
4548V27V
U
ϕϕ
=-=-⨯=-
故B错误．
C．A点到B点电势均匀降落，设P1与B的中点为P3,该点电势为：
3
A
3538V19V
P
U
ϕϕ
=-=-⨯=-
C
p
19eV
19V
C
E
q e
ϕ===-
-
P3点与C为等势点，连接两点的直线为等势线，如图虚线P3C所示．由几何关系知，P3C与
AB垂直，所以AB为电场线，又因为电场线方向由电势高指向电势低，所以该电场的电场强度方向是由
A点指向B点，故C错误．
D．P3与C为等势点，该电场的电场强度方向是由A点指向B点，所以场强为：
2
8
V/cm800V/m
1
U
E
AP
===
故D正确．
7．如图所示，在方向水平向右的匀强电场中，细线一端固定，另一端拴一带正电小球，使球在竖直面内绕固定端O做圆周运动。

不计空气阻力，静电力和重力的大小刚好相等，细线长为r。

当小球运动到图中位置A时，细线在水平位置，拉力F T=3mg。

重力加速度大小为g，则小球速度的最小值为 ()
A．2gr B．2gr C．(6-22)gr D．(6+22)gr
【答案】C
【解析】
【详解】
由题意可知：
qE=mg，
tanθ=
qE
mg
=1，
解得：
θ=45°，
在A位置，由牛顿第二定律得：
F T +qE =m 2A
v r
，
解得：
v A =2gr ，
小球在图示B 位置速度最小，从A 到B 过程，由动能定理得：
-mgr cos θ+qEr （1-sin θ）=
12mv B 2-1
2
mv A 2， 解得，小球的最小速度：
v B =(622)gr -；
故ABD 错误，C 正确额。

故选C 。

【点睛】
本题考查了求小球的最小速度，分析清楚小球运动过程、知道小球在何处速度最小是解题的前提与关键，应用动能定理与牛顿第二定律可以解题．
8．一平行板电容器中存在匀强电场，电场沿竖直方向．两个比荷（即粒子的电荷量与质量之比）不同的带正电的粒子和，从电容器的点（如图）以相同的水平速度射入两平
行板之间．测得和与电容极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为1:2．若不计重
力，则和的比荷之比是
A ．1:2
B ．1:8
C ．2:1
D ．4:1
【答案】D 【解析】
两带电粒子都做类平抛运动，水平方向匀速运动，有，垂直金属板方向做初速度为
零的匀加速直线运动，有，电荷在电场中受的力为
，根据牛顿第二定律
有
，整理得
，因为两粒子在同一电场中运动，E 相同，初速度相同，
侧位移相同，所以比荷与水平位移的平方成反比．所以比荷之比为，D 正确．
【易错提醒】表达式的整理过程易出现问题．
【学科网备考提示】带电粒子在电场中的加速和偏转是高考的重点考查内容．
9．如图所示，竖直平面内有一个半径为R 的圆周，另外空间有一平行于圆周平面的匀强电场，A 、D 两点为圆周上和圆心同一高度的点，C 点为圆周上的最高点。

在与OA 夹角为
30θ︒=的圆弧B 点上有一粒子源，以相同大小的初速度v 0在竖直面（平行于圆周面）内沿
各个方向发射质量为m ，带电的同种微粒，在对比通过圆周上各点的微粒中，发现从圆周D 点上离开的微粒机械能最大，从圆周E 点（OE 与竖直方向夹角30︒=α）上离开的微粒动能最大，已知重力加速度为g ，取最低点F 所在水平面为重力零势能面。

则有（ ）
A ．电场一定沿OD 3
B ．通过E 点的微粒动能大小为(
33
＋1)mgR ＋12mv 2
C ．动能最小的点可能在BC 圆弧之间
D ．A 点的动能一定小于B 点 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．在D 点微粒机械能最大，说明B 到D 电场力做功最大，由数学关系知过D 点做圆的切线为电场的等势线，即电场力沿OD 方向，带电粒子电性未知，场强方向不能确定。

在E 点微粒动能最大，说明B 到E 合力做功最多，即重力电场力的合力方向沿OE ，有
tan 30Eq
mg
=︒ cos30mg F =︒合
解得
3Eq =
23
F =
合 动能定理有
22
00
1231(1cos30)(1)232
kE E mv F R mgR mv =
++︒=++合 故选项A 错误、B 正确；
C ．OE 反向延长线与圆的交点，为等效重力的最高点，合力做的负功最大，动能最小，选项C 正确；
D ．B 点到A 点等效重力（合力）做正功，动能增加，选项D 错误。

故选BC 。

10．如右图所示，P 、Q 为两个等量的异种电荷，以靠近P 点的O 点为原点，沿两电荷的连线建立x 轴，沿直线向右为x 轴正方向，一带正电的粒子从O 点由静止开始在电场力作用下运动到A 点，已知A 点与O 点关于PQ 两电荷连线的中点对称，粒子的重力忽略不计，在从O 到A 的运动过程中，下列关于粒子的运动速度v 和加速度a 随时间t 的变化，粒子的动能E k 和运动径迹上电势φ随位移x 的变化图线肯定错误的是（ ）
A ．A
B ．B
C ．C
D ．D
【答案】ABD 【解析】 【详解】
等量异种电荷的电场线如图所示．
沿两点电荷连线从O 到A ，电场强度先变小后变大，一带正电的粒子从O 点由静止开始在电场力作用下运动到A 点的过程中，电场力一直做正功，粒子的速度一直在增大．电场力先变小后变大，则加速度先变小后变大．v-t 图象切线的斜率先变小后变大，该图是不可能的，故A 符合题意．根据沿着电场线方向电势逐渐降低，电场强度为E x
ϕ
=
，E 先减小
后增大，所以φ-x 图象切线的斜率先减小后增大，则B 图不可能，故B 符合题意；加速度先变小后变大，方向不变，C 图是可能的，故C 不符合题意．粒子的动能 E k =qEx ，电场强度先变小后变大，则E k -x 切线的斜率先变小后变大，则D 图不可能．故D 符合题意．则选ABD ． 【点睛】
该题要掌握等量异种电荷的电场线的特点，结合物理规律分析图象切线斜率如何变化是解答的关键，不能只定性分析，那样会认为BD 是正确的．
11．如图所示，ABC 是处于竖直平面内的光滑、绝缘斜劈，30C ∠=︒、60B ∠=︒，D 为AC 中点；质量为m 带正电的小滑块沿AB 面由A 点静止释放,滑到斜面底端B 点时速度为
0v ，若空间加一与ABC 平面平行的匀强电场，滑块仍由静止释放，沿AB 面滑下，滑到斜
面底端B 02v ，若滑块由静止沿AC 面滑下，滑到斜面底端C 点时速度为
03v ，则下列说法正确的是（ ）
A ．电场方向由A 指向C
B ．B 点电势与D 点电势相等
C ．滑块滑到
D 点时机械能增加了
201
2
mv D ．小滑块沿AB 面、AC 面滑下过程中电势能变化值之比为2:3 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
B ．无电场时由A 到B;
201
2
mgh mv =
① 有电场时由A 到B
201
(2)2
E mgh W m v +=
② 有电场时由A 到C
201
(3)2E
mgh W m v +=' ③ 由①②③可得
201
2
E W mv =
20E W mv '=
又因为
E AB W qU = E
AC W qU '= 则
1
2
AB AC U U =
则D 点与B 点电势相等,故B 正确；
A ．AC 与BD 不垂直，所以电场方向不可能从由A 指向C ，故A 错误； C ．因D 为AC 的中点,则滑到D 点电场力做功为到滑到C 点的一半,为201
2
mv ，则机械能增加了
201
2
mv ，则C 正确；
D ．根据201
2
E W mv =，20E W mv '=知电势能变化量之比为1:2，故D 错误； 故选BC 。

点睛：由动能定理确定出由A 到B 电场力做的功和由A 到C 电场力做的功,确定出AC 与AB 间的电势差,从而确定出BC 的电势的大小关系.由动能定理可求现到D 点的机械能的增加量.通过对做功的分析,要抓住小球在运动的过程中,重力做功,电场力就做正功,由动能定理确定功的值.
12．如图所示，光滑的水平轨道AB 与半径为R 的光滑的半圆形轨道BCD 相切于B 点，AB 水平轨道部分存在水平向右的匀强电场，半圆形轨道在竖直平面内，B 为最低点，D 为最高点。

一质量为m 、带正电的小球从距B 点x 的位置在电场力的作用下由静止开始沿AB 向右运动，恰能通过最高点，则（ ）
A ．其他条件不变，R 越大，x 越大
B ．其他条件不变，m 越大，x 越大
C ．m 与R 同时增大，电场力做功增大
D ．R 越大，小球经过B 点后瞬间对轨道的压力越大 【答案】ABC 【解析】 【详解】
AB.小球在BCD 部分做圆周运动，在D 点，有：
mg =m 2 D
v R
①
从A 到D 过程，由动能定理有：
qEx -2mgR =
1
2
mv D 2，② 由①②得：25qEx
R mg
=
，③ 可知，R 越大，x 越大。

m 越大，x 越大，故AB 符合题意； C.从A 到D 过程，由动能定理有：
W -2mgR =
1
2
mv D 2，⑥ 由①⑥解得：电场力做功 W =5
2
mgR ，可知m 与R 同时增大，电场力做功越多，故C 符合题意；
D.小球由B 到D 的过程中，由动能定理有：
-2mgR =
12mv D 2-1
2
mv B 2，v B =5gR ，④ 在B 点有：
F N -mg =m 2
B
v R
⑤
解得：F N =6mg ，则知小球经过B 点瞬间轨道对小球的支持力与R 无关，则小球经过B 点后瞬间对轨道的压力也与R 无关，故D 不符合题意。

13．如图所示，在竖直平面内有水平向右、场强为E=1×104 N/C 的匀强电场．在匀强电场中有一根长L=2m 的绝缘细线，一端固定在O 点，另一端系一质量为0.08kg 的带电小球，它静止时悬线与竖直方向成37°角，若小球获得初速度恰能绕O 点在竖直平面内做完整的圆周运动，取小球在静止时的位置为电势能零点和重力势能零点，cos37°=0.8，g 取10m/s 2．下列说法正确（ ）
A ．小球的带电荷量q=6×10﹣5 C
B ．小球动能的最小值为1J
C ．小球在运动至圆周轨迹上的最高点时有机械能的最小值
D ．小球绕O 点在竖直平面内做圆周运动的电势能和机械能之和保持不变，且为4J 【答案】AB 【解析】
A 、对小球进行受力分析如上图所示
可得：37mgtan qE ︒=解得小球的带电量为：537610mgtan q C E
-︒
=
=⨯，故A 正确； B 、由于重力和电场力都是恒力，所以它们的合力也是恒力
在圆上各点中，小球在平衡位置A 点时的势能（重力势能和电势能之和）最小，在平衡位置的对称点B 点，小球的势能最大，由于小球总能量不变，所以在B 点的动能E kB 最小，对应速度v B 最小，在B 点，小球受到的重力和电场力，其合力作为小球做圆周运动的向心
力，而绳的拉力恰为零，有：0.81370.8
mg F N N cos =
==︒合，而2
B
v F m L =合，所以2111
121222
KB B E mv F L J J 合=
==⨯⨯=，故B 正确； C 、由于总能量保持不变，即k PG PE E E E ++=恒量，所以当小球在圆上最左侧的C 点时，电势能PE E 最大，机械能最小，故C 错误；
D 、由于总能量保持不变，即k PG P
E E E E ++=恒量，由B 运动到
A ，PA P
B W E E =--合力（），·
2W F L =合合力，所以2PB E J =，总能量3PB kB E E E J =+= ，故D 错误； 故选AB ．
【点睛】关键抓住小球恰好做圆周运动，求出等效最高点的临界速度，根据该功能关系确定何处机械能最小，知道在等效最高点的动能最小，则重力势能和电势能之和最大．
14．如图所示，固定在竖直面内的光滑绝缘圆环半径为R ，圆环上套有质量分别为m 和2m 的两个带电的小球A 、B （均可看作质点），小球A 带正电，小球B 带负电，带电荷量均为q ，且小球A 、B 用一长为2R 的轻质绝缘细杆相连，竖直面内有竖直向下的匀强电场
（未画出），电场强度大小为E =mg q
．现在给小球一个扰动，使小球A 从最高点由静止开
始沿圆环下滑，已知重力加速度为g ，在小球A 滑到最低点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A ．小球A 减少的机械能等于小球
B 增加的机械能 B ．细杆对小球A 和小球B 做的总功为0
C ．小球A 43
gR
D ．细杆对小球B 做的功为mgR 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
由于电场力做功，两个球系统机械能不守恒，故A 球增加的机械能不等于B 球减少的机械能，故A 错误；
细杆对小球A 和小球B 的力等大反向，为系统内弹力，所以细杆对小球A 和小球B 做的总功为0，故B 正确；
当A 球运动到最低点时，电场力对系统做功4EqR =4mgR ，速度最大，有：4mgR +mg •2R -2mg •2R =
12（m +2m ）v 2解得：v =43
gR ，故C 正确； 对B 球，利用动能定理可得，W +2mgR -2mg •2R =
1
2
×2mv 2-0，解得细杆对B 球所做的功W =-10
3
mgR ，故D 错误．
15．如图所示,在竖直平面内xOy 坐标系中分布着与水平方向成45°夹角的匀强电场,将一质量为m 、带电荷量为q 的小球,以某一初速度从O 点竖直向上抛出,它的轨迹恰好满足抛物线方程2
y kx =2,且小球通过点11,P k k ⎛⎫ ⎪⎝⎭
，已知重力加速度为g ,则（ ）
A ．电场强度的大小为
mg
q
B 2g
k
C ．小球通过点P 时的动能为54mg
k
D ．小球从O 点运动到P 点的过程中电势能
减少
2mg
k
【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】
小球以某一初速度从O 点竖直向上抛出，它的轨迹恰好满足抛物线方程2
y kx =，说明小球做类平抛运动，则电场力与重力的合力沿y 轴正方向，竖直方向：45qEsin mg =，故
电场强度的大小为2mg
E q
=
，故A 错误；小球受到的合力：45F
qEcos mg ma ===合，所以a=g ，由平抛运动规律有：
20111
2
k k v t gt ==，，得初速度大小为02g v k
=
，故B 错误；由于201112k k v t gt ==，，又012y v v =，所以通过点P 时的动能为：
222
0151()242y mg mv m v v k
=+=，故C 正确；小球从O 到P 电势能减少，且减少的电势能等于电场力做的功，即：1
·
245E qE mg k W cos k
=
=，故D 正确．故选CD ． 【点睛】
结合小球运动的特点与平抛运动的方程，判断出小球在竖直方向受到重力与电场力在竖直方向的分力大小相等，方向相反，由此求出电场力的大小，再由F=qE 即可求出电场强度；由平抛运动的方程即可求出平抛运动的初速度，以及到达P 时的速度；由动能定理即可求出电势能的变化．
二、第十章 静电场中的能量解答题易错题培优（难）
16．如图，xOy 为竖直面内的直角坐标系，y 轴正向竖直向上，空间中存在平行于xOy 所在平面的匀强电场。

质量为m 的不带电小球A 以一定的初动能从P （0，d ）点沿平行x 轴方向水平抛出，并通过Q （22d ，0）点。

使A 带上电量为+q 的电荷，仍从P 点以同样的初动能沿某一方向抛出，A 通过N （2d ，0）点时的动能是初动能的0.5倍；若使A 带上电量为-q 的电荷，还从P 点以同样的初动能沿另一方向抛出，A 通过M （0，-d ）点时的动能是初动能的4倍。

重力加速度为g 。

求： （1）A 不带电时，到达Q 点的动能； （2）P 、N 两点间的电势差； （3）电场强度的大小和方向。

【答案】（1）3mgd ；（2）2mg
q
，方向沿y 轴正方向。

【解析】 【详解】
（1）小球做平抛运动，故
212
d gt =
0υt =
从P 到Q ，由动能定理
2
012
Q k mgd E m υ=-
解得
3Q k E mgd =
（2）小球带电后，从P 到N ，由动能定理
000.5PN k k mgd qU E E +=-
从P 到M 由动能定理可得
0024PM k k mgd qU E E -=-
由（1）中可知，
02k E mgd =
联立以上几式可得
1
2
PN PM U U = 故O 、N 两点电势相等，场强方向为y 轴正方向，场强大小为
2NP U mg
E d q
=
=
17．如图所示，直角坐标系xOy 在竖直平面内，x 轴沿水平方向，空间有平行坐标平面竖直向上的匀强电场，电场强度大小为E ，在第一、四象限内以坐标原点O 为圆心的半圆形区域内有垂直坐标平面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B 0，圆的半径为R ，一个带电荷量为q 的小球A 静止于Q 点，另一个质量和带电荷量都与A 球相同的小球B 在P 点，获得一个沿x 轴正方向的初速度，小球B 与小球A 在进磁场前碰撞并粘合在一起，两球经磁场偏转后，最终竖直向上运动，不计两球碰撞过程中电量损失，P 点到O 点的距离为R ，重力加速度大小为g ，求：
（1）小球B 从P 点向右运动的初速度0v 的大小；
（2）撤去小球A ，改变y 轴左侧电场强度的大小，将小球B 从P 点向右开始运动的速度减
为原来的
4
，结果小球B 刚好从y 轴上坐标为0,2R ⎛⎫- ⎪⎝⎭的位置进入磁场，试确定粒子经
磁场偏转后出磁场的位置坐标。

【答案】（1）002gB R v E =；（2）37,4R R ⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭
【解析】 【分析】 【详解】
（1）因为小球A 静止在Q 点，所以与A 球质量和电荷量相等的B 球将向右做匀速直线运动，然后与A 球相碰，设两球的质量为m ，B 球的初速度大小为0v ，A 、B 碰撞后的共同速度为1v ，根据动量守恒有
012mv mv =
解得
1012
v v =
由于小球A 在碰撞前处于静止状态，则
qE mg =
解得
mg
q E
=
粒子进入磁场后做匀速圆周运动，设小球在磁场中做圆周运动的半径为r ，根据粒子运动的轨迹，依据几何关系
22
r R =
根据牛顿第二定律有
2
11022v qv B m r
=
解得
002gB R
v E
=
（2）由题意可知，粒子从P 点出射的速度大小
0002
2gB R v E
=
='
粒子在进磁场前做类平拋运动，进磁场时的速度的反向延长线交于水平位移的中点，则粒子进磁场时速度与x轴正正向的夹角为45度，则粒子进磁场时的速度大小
20
2
v v
='
粒子在磁场中做匀速圆周运动，则
2
2
20
2
v
qv B m
r
=
解得
2
2
2
r R
=
由几何关系可知，粒子在磁场中做圆周运动的圆心位置为
,0
2
R
⎛⎫
⎪
⎝⎭
有界场边界满足
222
x y R
+=
粒子在磁场中做圆周运动的轨迹满足
2
22
2
2
R
x y r
⎛⎫
-+=
⎪
⎝⎭
解得
3
4
x R
=
7
y R
=-
因此粒子出磁场时的位置坐标为
37
,
4
R R
⎛⎫
-
⎪
⎪
⎝⎭
18．如图所示，A为粒子源，在A和极板B间的加速电压为U1，在两水平放置的平行带电板C、D间的电压为U2，现设有质量为m，电荷量为q的质子初速度为零，从A被加速电压U1加速后水平进入竖直方向的匀强电场，平行带电板的极板的长度为L，两板间的距离为d，不计带电粒子的重力，求：
(1)带电粒子在射出B板时的速度；
(2)带电粒子在C 、D 极板间运动的时间；
(3)带电粒子飞出C 、D 电场时在竖直方向上发生的位移y .
【答案】（1）1
2qU m
（2）12m L qU （3）2214U L U d
【解析】
试题分析：（1）由动能定理得：W=qU 1 =
则
（2）离子在偏转电场中运动的时间t L =
（3）设粒子在离开偏转电场时纵向偏移量为y
综合解得
考点：带电粒子在电场中的运动
【名师点睛】本题关键明确粒子的运动性质，对应直线加速过程，根据动能定理列式；对于类似平抛运动过程，根据类似平抛运动的分运动公式列式求解；不难．
19．如图（a ）所示，平行板电容器的两个极板A 、B 分别接在电压为U 的恒压电源的两极，电容器所带电荷量为Q ，两极板间距为d ，板长为L ，α粒子从非常靠近上极板的C 点以v 0的速度沿垂直电场线方向的直线CO 方向射入电场，经电场偏转后由D 点飞出匀强电场，已知α粒子质量为m ，电荷量为2e ，不计α粒子重力．求：
(1)平行板电容器的电容； (2)CD 两点间电势差；
(3)若A 、B 板上加上如图（b ）所示的周期性的方波形电压，t =0时A 板比B 板的电势高，为使
4
T
时刻射入两板间的α粒子刚好能由O 点水平射出，则电压变化周期T 和板间距离d
各应满足什么条件？（用L 、U 、m 、e 、v 0表示）
【答案】(1)Q C U = (2)2222
0eU L U md v =
(3) ≥d (n=1,2,3,…) 【解析】 【详解】
(1)依电容定义有：平行板电容器的电容Q C U
=
(2)两板之间为匀强电场U E d
=
粒子在电场中加速度F qE a m m
=
= 粒子的偏移量:212
y at =
运动时间0
L t v =
解得:2
20
2qUL y mdv = CD 两点的电势差为：22220
==eU L U Ey md v (3)为使a 粒子刚好由O 点水平射出，α粒子在一个周期内竖直方向的分位移应为零， 必须从4
T
t nT =+
进入电场， 且在电场中运动时间与电压变化周期T 的关系为t =nT ，（n =1，2，3，…）． 则0
=
=t L T n nv 竖直方向向下的最大分位移应满足：2
12()24
T a d ⨯
≤ 即:
2
2()4eU L d md nv ⋅≤
解得:0
22≥
L eU
d nv m
（n =1,2,3,…） 【点睛】
本题考查了电容的定义式匀强电场中场强与电势差的关系，熟练运用运动的分解法研究类平抛运动，抓住几何关系是解答的关键．
20．如图所示，真空室中电极K 发出的电子（初速度不计）经过电势差为U 1的加速电场加速后，沿两水平金属板C 、D 间的中心线射入两板间的偏转电场，电子离开偏转电极时速度方向与水平方向成45°，最后打在荧光屏上，已知电子的质量为m 、电荷量为e ，C 、D 极板长为l ，D 板的电势比C 板的电势高，极板间距离为d ，荧光屏距C 、D 右端的距离为
1
6
．电子重力不计．求：
(1)电子通过偏转电场的时间t 0； (2)偏转电极C 、D 间的电压U 2； (3)电子到达荧光屏离O 点的距离Y ． 【答案】（1）12m eU （2）
12d U l （3）2
3
l 【解析】 【分析】 【详解】
(1)电子在离开B 板时的速度为v ，根据动能定理可得：2
112
eU mv = 得：1
2eU v m
=
电子进入偏转电场水平方向做匀速直线运动，则有：01
2l m t v eU ==(2)电子在偏转电极中的加速度:1
eU a md
=
离开电场时竖直方向的速度：201
2y U l e
v at d
mU == 离开电场轨迹如图所示：
电子的速度与水平方向的夹角：21
tan 45?=2y v U l
v
dU =
解得：1
22dU U l
=
(3)离开电场的侧向位移：21012
y at = 解得：12
l y =
电子离开电场后，沿竖直方向的位移：2tan 45=66l l y =
︒ 电子到达荧光屏离O 点的距离：122
3
Y y y l =+= 【点睛】
本题考查带电粒子在电场中的运动，要注意明确带电粒子的运动可分加速和偏转两类，加速一般采用动能定理求解，而偏转采用的方法是运动的合成和分解．
21．两块水平平行放置的导体板如图 (甲)所示，大量电子（质量m 、电量e ）由静止开始，经电压为U 0的电场加速后，连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入两板之间．当两板均不带电时，这些电子通过两板之间的时间为3t 0；当在两板间加如图 (乙)所示的周期为2t 0，幅值恒为U 0的周期性电压时，恰好能使所有电子均从两板间通过．问：
⑴这些电子通过两板之间后，侧向位移（沿垂直于两板方向上的位移）的最大值和最小值分别是多少？
⑵侧向位移分别为最大值和最小值的情况下，电子在刚穿出两板之间时的动能之比为多少？。