[A 组·基础巩固]
热点一 带电粒子在交变电场中的运动
1．(多选)(2018·西安长安区一中联考)如图甲所示平行金属板AB 之间距离为 6 cm ，两板间电场强度随时间如图乙规律变化，设场强垂直于金属板且由A 指向B 为正，周期T ＝8×10－5 s ．某带正电的粒子，电荷量为8.0×10－19 C 、质量为
1.6×10－26 kg ，于某时刻在两板间中点处由静止释放(不计粒子重力，粒子与金属板碰撞后即不再运动)则( )
A ．若粒子于t ＝0时释放，则一定能运动到
B 板
B ．若粒子于t ＝T 2时释放，则一定能运动到B 板
C ．若粒子于t ＝T 4时释放，则一定能运动到A 板
D ．若粒子于t ＝3T 8时释放，则一定能运动到A 板
解析：粒子在板间运动的加速度a ＝Eq m ＝2×8.0×10－19
1.6×10
－26 m /s 2＝108 m/s 2，在T 2时间内粒子的位移x 1＝12a (T 2)2＝12×108×(4×10－5)2 m ＝8×10－2m ＝8 cm ，因x 1＞d 2
＝
3 cm ，故若粒子于t ＝0时释放，则一定能运动到B 板，选项A 正确；若粒子于t ＝T 2时释放，则粒子向A 板运动，最后到达A 板，选项B 错误；若粒子于t ＝T 4时
释放，在T 4～T 2的时间内粒子向B 板加速，位移为x 2＝12a (T 4)2＝12×108×(2×10－5)2m
＝2×10－2m ＝2 cm ；在T 2～3T 4的时间内粒子向B 板减速，位移为x 3＝x 2＝2 cm ，
故此时已经到达了B 板，选项C 错误；若粒子于t ＝3T 8时释放，则在3T 8～T 2的时
间内粒子向B 板加速，位移为x 4＝12a (T 8)2＝12×108×(10－5)2 m ＝0.5×10－2 m ＝
0.5 cm ，在T 2～5T 8的时间内粒子向B 板减速，位移为x ′3＝x ′2＝0.5 cm ；在5T 8～
T 的时间内粒子向A 板加速，位移为x 4＝12a (3T 8)2＝12×108×(3×10－5)2m ＝4.5×
10－2m ＝4.5 cm ；因4.5 cm －2×0.5 cm ＝3.5 cm>3 cm ，故此时粒子已经到达A 板，选项D 正确；故选AD.
答案：AD
2．(2018·哈尔滨九中一模)如图甲所示，热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计，电子发射装置的加速电压为U 0，电容器板长l ＝10 cm ，板间距离d ＝10 cm ，下极板接地，电容器右端到荧光屏的距离也是L ＝10 cm ，在电容器两极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示．(每个电子穿过平行板的时间都极短，可以认为电子穿过平行板的过程中电压是不变的)
求：
(1)在t ＝0.06 s 时刻，电子打在荧光屏上的何处；
(2)荧光屏上有电子打到的区间有多长？
解析：(1)设电子经电压U 0加速后的速度为v 0，根据动能定理得：eU 0＝12m v 20
设偏转电场的场强为E ，则有：E ＝U d
设电子经时间t 通过偏转电场，偏离轴线的侧向位移为y ，则有：
在中心轴线方向上：t ＝l v 0
在轴线侧向有：a ＝eE m ，
y ＝12at 2＝eUl 2
2md v 20
设电子通过偏转电场过程中产生的侧向速度为v y ，偏转角为θ，则电子通过偏转电场时有：v y ＝at
tan θ＝v y v 0
电子在荧光屏上偏离O 点的距离为
Y ＝y ＋L tan θ＝eUl md v 20(l 2＋L )＝Ul 2U 0d (l 2
＋L ) 由题图知t ＝0.06 s 时刻U ＝1.8U 0，代入数据解得Y ＝13.5 cm
(2)由题知电子偏移量y 的最大值为d 2，所以当偏转电压超过2U 0时，电子就打不
到荧光屏上了．
代入上式得：Y ＝3l 2
所以荧光屏上电子能打到的区间长为：2Y ＝3l ＝30 cm.
答案：(1) 13.5 cm (2)30 cm
热点二 带电体在电场中的运动
3．(多选)(2018·湖北六校联合体联考)一平行板电容器的两个极板水平放置，两极板间有一带电量不变的小油滴，油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比．若两极板间电压为零，经一段时间后，油滴以速率v 匀速下降；若两极板间的电压为U ，经一段时间后，油滴以速率v 匀速上升．若两极板间电压为2U ，油滴做匀速运动时速度的大小可能为( )
A ．3v
B ．4v
C ．5v
D ．6v
解析：若两极板间电压为零，经一段时间后，油滴以速率v 匀速下降，有mg ＝k v ，若两极板间的电压为U ，经一段时间后，油滴以速率v 匀速上升，知电场力
大于重力，有：q U d ＝mg ＋k v ，若两极板间电压为2U ，如果电场力方向向上，油
滴向上做匀速运动时，有q 2U
d＝mg＋k v′，联立三式解得v′＝3v，故A正确，
如果电场力方向向下，油滴向下做匀速运动时，有q 2U
d＋mg＝k v″，联立三式
解得v″＝5v，故C正确．
答案：AC
4.(2018·淮北市一中周考)如图所示，处于真空中的匀强电场水
平向右，有一质量为m、带电荷量为－q的小球从P点以大
小为v0的初速度水平向右抛出，经过t时间到达Q点(图中未
画出)时的速度仍为v0，则小球由P点运动到Q点的过程中，下列判断正确的是
() A．Q点在P点正下方
B．小球电势能减少
C．小球重力势能减少量等于1
2mg
2t2
D．Q点应位于P点所在竖直线的左侧
解析：从P到Q点，根据动能定理可知：mgh＋W电＝1
2m v
2
－
1
2m v
2
＝0，因重力
做正功，则电场力做负功，电势能增加，则Q点应该在P点的右下方，选项A、
B、D错误；小球在竖直方向下落的高度h＝1
2gt
2，则小球重力势能减少量等于ΔE
p
＝mgh＝1
2mg
2t2，选项C正确．
答案：C
5.(2018·内蒙古包头市模拟)如图所示，在竖直平面内一个带正
电的小球质量为m，所带的电荷量为q，用一根长为L且不
可伸长的绝缘轻细线系在一匀强电场中的O点．匀强电场的
方向水平向右，分布的区域足够大．现将带正电小球从O点右方由水平位置A 点无初速度释放，小球到达最低点B时速度恰好为零．
(1)求匀强电场的电场强度E的大小．
(2)若小球从O点的左方由水平位置C点无初速度释放，则小球到达最低点B所
用的时间t是多少？(已知：OA＝OC＝L，重力加速度为g)
解析：(1)对小球由A到B的过程，由动能定理得：mgL－qEL＝0
所以E＝mg q
(2)小球由C点释放后，将做匀加速直线运动，到B点时的速度为v B，小球做匀加速直线运动的加速度为a，则
a＝2mg
m＝2g，
v2B＝2a·2L，
所以t＝v B
a＝
2L
g
答案：(1)mg
q(2)
2L
g
[B组·能力提升]
6．(多选)(2018·河南新乡模拟)如图所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔．右极板电势随时间变化的规律如图所示．电子原来静止在左极板小孔处．(不计重力作用)下列说法中正确的是()
A．从t＝0时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上
B．从t＝0时刻释放电子，电子可能在两板间振动
C．从t＝T
4时刻释放电子，电子可能在两板间振动，也可能打到右极板上
D．从t＝3T
8时刻释放电子，电子必将打到左极板上
解析：从t＝0时刻释放电子，如果两板间距离足够大，电子将向右先匀加速T/2，接着匀减速T/2，速度减小到零后，又开始向右匀加速T/2，接着匀减速T/2……直到打在右极板上，电子不可能向左运动；从t＝T/4时刻释放电子，如果两板
间距离足够大，电子将向右先匀加速T/4，接着匀减速T/4，速度减小到零后，改为向左先匀加速T/4，接着匀减速T/4.即在两板间振动；如果两板间距离不够大，则电子在第一次向右运动过程中就有可能打在右极板上．从t＝3T/8时刻释放电子，如果两板间距离不够大，电子将在第一次向右运动过程中就打在右极板上；如果第一次向右运动没有打在右极板上，那就一定会在第一次向左运动过程中打在左极板上．故选AC.
答案：AC
7.(多选)如图所示，在方向水平向右的匀强电场中，一不可
伸长的长度为L的不导电细线的一端连着一个质量为m的
带电小球，另一端固定于O点，当小球静止在B点时，细
线与竖直方向夹角θ＝37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)，则
() A．小球带负电
B．匀强电场电场强度的大小为3mg 4q
C．电场中AB两点的电势差为3mgL 4q
D．当小球从A点由静止释放至B点，电场力做负功，则小球经B点时的速度大小为gL
解析：小球静止在B点，受力平衡，受到重力、电场力和绳子的拉力，电场力水平向右，与电场方向一致，说明小球带正电，A错误；根据共点力平衡条件可
得tan 37°＝Eq
mg，解得E＝
3mg
4q，B正确；电场中AB两点的电势差为U AB＝Ed＝
EL(1－sin θ)＝3mgL
10q，C错误；过程中电场力和重力做功，根据动能定理可得
mgL cos θ－qU AB＝1
2m v
2
B
－0，解得v B＝gL，D正确．
答案：BD
8.(2018·长春外国语学校检测)如图所示，在水平向左的匀强电
场中有一与水平面成60°角的光滑绝缘直杆AC，其下端(C端)距地面高度h＝0.8 m．有一质量为0.5 kg的带电小环套在杆上，正以某一速度v0沿杆匀速下滑，小环离开杆后正好落在C端的正下方地面上P点处，ACP所在平面与电场E平行，g取10 m/s2，求：
(1)小环带何种电荷及它受到的电场力的大小；
(2)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向；
(3)小环在直杆上匀速运动速度v0的大小．
解析：(1)由小环在直杆上的受力情况知：小环带负电
由平衡条件可知：mg sin 60°＝F电cos 60°，得：
F电＝3mg＝5 3 N
(2)离开直杆后，只受mg、F电作用，合力F方向与杆垂直斜向右下方：则
mg cos 60°
＝ma
a＝2g＝20 m/s2，方向与杆垂直斜向右下方
(3)建立以初速度方向为x轴正方向，以加速度方向为y轴正方向的直角坐标系，
则小环离开直杆后做类平抛运动，则：h sin 60°＝v0t，h cos 60°＝1
2at
2可得：v
＝
23m/s
答案：(1)负电5 3 N(2)20 m/s2，方向与杆垂直斜向右下方(3)2 3 m/s 9.(2018·湖北八校联考)如图所示，竖直放置的半圆形光滑绝缘
轨道半径为R＝0.2 m，圆心为O，下端与绝缘水平轨道在B
点相切并平滑连接．一带正电q＝5.0×10－3 C、质量为m＝3.0
kg的物块(可视为质点)，置于水平轨道上的A点．已知A、B两点间的距离为L ＝1.0 m，物块与水平轨道间的动摩擦因数为μ＝0.2，重力加速度g取10 m/s2.
(1)若物块在A点以初速度v0向左运动，恰好能到达轨道的最高点D，则物块的初速度v0应为多大？
(2)若整个装置处于方向水平向左、场强大小为E＝2.0×103 N/C的匀强电场中(图中未画出)，现将物块从A点由静止释放，试确定物块在以后运动过程中速度最
大时的位置(结果可用反三角函数表示)．
(3)在(2)问的情景中，试求物块在水平面上运动的总路程． 解析：(1)对物块由A 至D 过程中由动能定理可知
－2mgR －μmgL ＝12m v 2D －12m v 20，
对物块在D 点有mg ＝m v 2D R ，
联立解得v 0＝14 m/s.
(2)对物块，假设物块可运动到C 点，则由A 至C 过程有
qE (L ＋R )－mgR －μmgL ＝12m v 2C －0，
可得v C ＝0，故物块始终没有脱离轨道．
故物块在运动过程速度最大时位于B 点左侧圆弧上，
设其与圆心的连线与OB 的夹角为θ，对物块受力分析，可知tan θ＝qE mg ＝13，θ
＝arctan 13.
(3)对于物块在水平面上运动的全程有
qEL －μmgL 总＝0，解得L 总＝53 m.
答案：(1)14 m/s (2)见解析 (3)53 m
带电粒子在电场中的运动 1.如图所示，A 处有一个静止不动的带电体Q ，若在c 处有初速度为零的质子和α粒子，在电场力作用下由c 点向d 点运动，已知质子到达d 时速度为v 1，α粒子到达d 时速度为v 2，那么v 1、v 2等于：（ ） A. :1 B.2 ∶1 C.2∶1 D.1∶2 2.如图所示， 一电子沿等量异种电荷的中垂线由 A →O → B 匀速运动，电子重力不计，则电子除受电场力外，所受的另一个力的大小和方向变化情况是：（ ） A ．先变大后变小，方向水平向左 B ．先变大后变小，方向水平向右 C ．先变小后变大，方向水平向左 D ．先变小后变大，方向水平向右 3.让 、 、 的混合物沿着与电场垂直的方向进入同一有界匀强电场偏转， 要使它们的偏转角相同，则这些粒子必须具有相同的( ) A.初速度 B.初动能 C. 质 量 D.荷质比 4.如图所示，有三个质量相等，分别带正电，负电和不带电的小球，从上、下带电平行金属板间的P 点.以相同速率垂直电场方向射入电场，它们分别落到A 、B 、C 三点， 则 ( ) A 、A 带正电、 B 不带电、 C 带负电 B 、三小球在电场中运动时间相等 C 、在电场中加速度的关系是aC>aB>aA D 、到达正极板时动能关系 E A >E B >E C 5．如图所示，实线为不知方向的三条电场线，从电场中M 点以相同速度垂直 于电场线方向飞出a 、b 两个带电粒子，运动轨迹如图中虚线所示，不计粒 子重力及粒子之间的库仑力，则（ ） A ．a 一定带正电，b 一定带负电 B ．a 的速度将减小，b 的速度将增加 C ．a 的加速度将减小，b 的加速度将增加 D ．两个粒子的动能，一个增加一个减小 6．空间某区域内存在着电场，电场线在竖直平面上的分布如图所示，一个质量为m 、电荷量为q 的小球在该电场中运动，小球经过A 点时的速度大小为v 1，方向水平向右，运动至B 点时的速度大小为v 2， 运动方向与水平方向之间的夹角为α，A 、B 两点之间的高度差与水平距离均为H ，则以下判断中正 确的是（ ） A ．若v 2>v 1，则电场力一定做正功 B ．A 、B 两点间的电势差2221()2m U v v q =- C ．小球运动到B 点时所受重力的瞬时功率2P mgv = D ．小球由A 点运动到B 点，电场力做的功22211122 W mv mv mgH =-- 2 H 11H 21H 31
带电粒子在电场中的运动专题练习 1．一个带正电的微粒，从A 点射入水平方向的匀强电场中，微粒沿直线AB 运动，如图，AB 与电场线夹角θ=30°，已知带 电微粒的质量m =1.0×10－7kg ，电量q =1.0×10－10C ，A 、B 相距L =20cm ．（取g =10m/s 2 ，结果保留二位有效数字）求： （1）说明微粒在电场中运动的性质，要求说明理由． （2）电场强度的大小和方向？ （3）要使微粒从A 点运动到B 点，微粒射入电场时的最小速度是多少？ 2．一个带电荷量为－q 的油滴，从O 点以速度v 射入匀强电场中，v 的方向与电场方向成θ角，已知油滴的质量为m ，测得油滴达到运动轨迹的最高点时，它的速度大小又为v ，求： (1) 最高点的位置可能在O 点的哪一方？ (2) 电场强度 E 为多少？ (3) 最高点处(设为N )与O 点的电势差U NO 为多少？ 3. 如图所示，水平放置的平行板电容器，原来两板不带电，上极板接地，它的极板长L = 0.1m ， 两板间距离 d = 0.4 cm ，有一束相同微粒组成的带电粒子流从两板中央平行极板射入，由于重力作用微粒能落到下板上，已知微粒质量为 m = 2×10-6kg ，电量q = 1×10-8 C ，电容器电容为C =10-6 F ．求 (1) 为使第一粒子能落点范围在下板中点到紧靠边缘的B 点之内，则微粒入射速度v 0应为 多少？ (2) 以上述速度入射的带电粒子，最多能有多少落到下极板上？ 4.如图所示，在竖直平面内建立xOy 直角坐标系，Oy 表示竖直向上的方向。已知该平面内存在沿x 轴负方向的区域足够大的匀强电场，现有一个带电量为2.5×10－4 C 的小球从坐标原 点O 沿y 轴正方向以0.4kg.m/s 的初动量竖直向上抛出，它到达的最高点位置为图中的Q 点，不计空气阻力，g 取10m/s 2 . （1）指出小球带何种电荷； （2）求匀强电场的电场强度大小； （3）求小球从O 点抛出到落回x 轴的过程中电势能的改变量. 5、如图所示，一对竖直放置的平行金属板A 、B 构成电容器，电容为C 。电容器的A 板接地，且中间有一个小孔S ，一个被加热的灯丝K 与S 位于同一水平线，从丝上可以不断地发射出电子，电子经过电压U 0加速后通过小孔S 沿水平方向射入A 、B 两极板间。设电子的质量为m ，电荷量为e ，电子从灯丝发射时的初速度不计。如果到达B 板的电子都被B 板吸收，且单位时间内射入电容器的电子数为n 个，随着电子的射入， 两极板间的电势差逐渐增加，最终使电子无法到达B 板，求： （1）当B 板吸收了N 个电子时，AB 两板间的电势差 （2）A 、B 两板间可以达到的最大电势差(U O ) （3）从电子射入小孔S 开始到A 、B 两板间的电势差达到最大值所经历的时间。 6．如图所示是示波器的示意图，竖直偏转电极的极板长L 1=4cm ，板间距离d=1cm 。板右端距离荧光屏 L 2=18cm ，（水平偏转电极上不加电压，没有画出）电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是 v=1.6×107 m/s ，电子电量e=1.6×10-19C ，质量m=0.91×10-30kg 。 (1)要使电子束不打在偏转电极上，加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U 不能超过多大？ (2)若在偏转电极上加u=27.3sin100πt (V)的交变电压，在荧光屏竖直坐标轴上能观察到多长的线段？ 7．两块水平平行放置的导体板如图所示，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： ?这些电子通过两板之间后，侧向位移的最大值和最小值分别是多少？ ?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？ 1．（1）微粒只在重力和电场力作用下沿AB 方向运动，在垂直于AB 方向上的重力和电场力必等大反向，可知电场力的方向水平向左，如图所示，微粒所受合力的方向由B 指向A ，与初速度v A 方向相反，微粒做匀减速运动．（2）在垂直于AB 方 向上，有qE sin θ－mg cos θ=0 所以电场强度E =1.7×104 N/C V U v 图3-1-6
带电粒子在电场中的运动 强化训练 1．（多选题）冬天当脱毛衫时，静电经常会跟你开个小玩笑．下列一些相关的说法中正确的是( ) A ．在将外衣脱下的过程中，内外衣间摩擦起电，内衣和外衣所带的电荷是同种电荷 B ．如果内外两件衣服可看作电容器的两极，并且在将外衣脱下的某个过程中两衣间电荷量一定，随着两衣间距离的增大，两衣间电容变小，则两衣间的电势差也将变小 C ．在将外衣脱下的过程中，内外两衣间隔增大，衣物上电荷的电势能将增大(若不计放电中和) D ．脱衣时如果人体带上了正电，当手接近金属门把时，由于手与门把间空气电离会造成对人体轻微的电击 2.(2012·新课标全国卷) （多选题）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 3．(2011·安徽卷)如图6－3－12甲所示，两平行正对的金属板A 、B 间加有如图乙所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P 处．若在t 0时刻释放该粒子，粒子会时而向A 板运动，时而向B 板运动，并最终打在A 板上．则t 0可能属于的时间段是( ) A ．0＜t 0＜T 4 B.T 2＜t 0＜3T 4 C.3T 4＜t 0＜T D ．T ＜t 0＜9T 8 4．示波管是一种多功能电学仪器，它的工作原理可以等效成下列情况：如图所示，真空室中电极K 发出电子(初速度不计)经过电压为U 1的加速电场后，由小孔S 沿水平金属板A 、B 间的中心线射入板中．金属板长为L ，相距为d ，当A 、B 间电压为U 2时，电子偏离中心线飞出电场打到荧光屏上而显示亮点．已知电子的质量为m ，电荷量为e ，不计电子重力，下列情况中一定能使亮点偏离中心的距离变大的是( ) A ．U 1变大，U 2变大 B ．U 1变小，U 2变大 C ．U 1变大，U 2变小 D ．U 1变小，U 2变小 5．(2011·广东卷) （多选题）如图6－3－14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，以达到除尘的目的．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 6．如图所示，D 是一只二极管，AB 是平行板电容器，在电容器两极板间有一带电微粒P 处于静止状态，当两极板A 和B 间的距离增大一些的瞬间(两极板仍平行)，带电微粒P 的运动情况是( ) A ．向下运动 B ．向上运动 C ．仍静止不动 D ．不能确定 7．（多选题）如图6－3－16所示，灯丝发热后发出的电子经加速电场后，进入偏转电场，若加速电压为U 1，偏转电压为U 2，要使电子在电场中偏转量y 变为原来的2倍，可选用的方法有(设电子不落到极板上)( ) A ．只使U 1变为原来的1 2倍 B ．只使U 2变为原来的1 2倍 C ．只使偏转电极的长度L 变为原来的2倍 D ．只使偏转电极间的距离d 减为原来的1 2 倍 8．(2013·沈阳二中测试) （多选题）在空间中水平面MN 的下方存在竖直向下的匀强电场，质量为m 的带电小球由MN 上方的A 点以一定初速度水平抛出，从B 点进入电场，到达C 点时速度方向恰好水平，A 、B 、C 三点在同一直线上，且AB ＝2BC ，如图6－3－17所示．由此可见( ) A ．电场力为3mg B ．小球带正电 C ．小球从A 到B 与从B 到C 的运动时间相等
高考物理带电粒子在电场中的运动常见题型及答题技巧及练习题(含答案)含解 析 一、高考物理精讲专题带电粒子在电场中的运动 1．在如图所示的平面直角坐标系中，存在一个半径R ＝0.2m 的圆形匀强磁场区域，磁感应强度B ＝1.0T ，方向垂直纸面向外，该磁场区域的右边缘与y 坐标轴相切于原点O 点。y 轴右侧存在一个匀强电场，方向沿y 轴正方向，电场区域宽度l ＝0.1m 。现从坐标为（﹣0.2m ，﹣0.2m ）的P 点发射出质量m ＝2.0×10﹣9kg 、带电荷量q ＝5.0×10﹣5C 的带正电粒子，沿y 轴正方向射入匀强磁场，速度大小v 0＝5.0×103m/s （粒子重力不计）。 （1）带电粒子从坐标为（0.1m ，0.05m ）的点射出电场，求该电场强度； （2）为了使该带电粒子能从坐标为（0.1m ，﹣0.05m ）的点回到电场，可在紧邻电场的右侧区域内加匀强磁场，试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和方向。 【答案】（1）1.0×104N/C （2）4T ，方向垂直纸面向外 【解析】 【详解】 解：（1）带正电粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力有： 20 0v qv B m r = 可得：r =0.20m =R 根据几何关系可以知道，带电粒子恰从O 点沿x 轴进入电场，带电粒子做类平抛运动，设粒子到达电场边缘时，竖直方向的位移为y 根据类平抛规律可得：2012 l v t y at == ， 根据牛顿第二定律可得：Eq ma = 联立可得：41.010E =?N/C （2）粒子飞离电场时，沿电场方向速度：30 5.010y qE l v at m v ===?g m/s=0v 粒子射出电场时速度：02=v v 根据几何关系可知，粒子在B '区域磁场中做圆周运动半径：2r y '= 根据洛伦兹力提供向心力可得： 2 v qvB m r '=' 联立可得所加匀强磁场的磁感应强度大小：4mv B qr '= =' T 根据左手定则可知所加磁场方向垂直纸面向外。
力、电综合问题思路分析 “3+X ”综合能力测试就其试题结构而言，首先是学科内的综合考查．其次是学科间的综合．以力、电知识为载体的综合命题是科内综合的主要形式之一． 考生在力、电综合题的解答过程中，出现的失误突出表现为：（1）不能对带电体进行全面的受力情况分析，常出现漏力的情况，导致错误．（2）面对带电粒子在复合场中的运动，不能具体问题具体分析，受思维定势的影响，生搬硬套重力场中物体运动的规律导致错误．（3）对力学中规律（牛顿第二定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律等）在场中的适用性感到困惑，不能据带电粒子的受力及运动情况灵活选择 力学规律求解． ●难点磁场 1．（★★★）(2001年全国)如图21-1所示，虚线框abcd 内为一 矩形匀强磁场区域，ab =2bc ,磁场方向垂直于纸面；实线框 a ′ b ′ c ′ d ′是一正方形导线框，a ′b ′边与ab 边平行．若 将导线框匀速地拉离磁场区域，以W １表示沿平行于ab 的方向拉出过程中外力所做的 功，W ２表示以同样速率沿平行于bc 的方向拉出过程中外力所做的功，则 A ．W １＝W ２ B ．W ２＝２W １ C ．W １＝２W ２ D ．W ２＝４W １ 图21-2 2．（★★★★）如图21-2甲所示．一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l = 图21-1
0．20 m ，电阻R =1．0 Ω；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B =0．5 Ｔ的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下．现在一外力F 沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运 动，测得力F 与时间t 的关系如图21-2乙所示．求杆的质量m 和 加速度a ． ●案例探究 ［例1］（★★★★）如图21-3所示，已经充电的平行板电容器的极 板相距为d ，在板上有个小孔，电容器固定在一绝缘底座上静置在光滑水平面上， 总质量为M ．有一质量为m 的带正电的铅丸对准小孔水平向左运动（重力不计），铅丸进入电容器后，距左板最小距离为d /2，此时电容器移动的距离________． 命题意图：考查考生综合分析能力．B 级要求． 错解分析：考生缺乏对整个物理过程的深入剖析，难以挖掘"带电铅丸与左板距离最小时速度相等"这一隐含条件，从而无法据动量守恒定律及动能定理切入求解． 解题方法与技巧：设铅丸带电量为ｑ，初速度为v ０，电容器中场强为E ．当铅丸进入电容器时，电容器中的电场对铅丸的电场力做功，使铅丸做匀减速运动，速度减小，而铅丸对电容器的作用力对电容器做功，电容器向左加速运动，速度增大，当铅丸离左极板距离为 ｄ／２时，铅丸和极板共速，其速度为v ，电容器移动距离为ｓ，铅丸和电容器相互作用的过程中，系统水平方向动量守恒，即： mv ０＝（m ＋M ）v 由动能定理得电场力对m 做的功为 －Ｅｑ·（ｓ＋ 2 d ）＝21mv ２－21mv 0２ 电场力对M 做的功为Eqs ＝2 1Mv ２ 所以有 －Eq 2d ＝2 1（m ＋M ）v ２－21mv 0２ 所以ｓ＝m M m ·2d ［例2］（★★★★★）如图21-4所示，在竖直放置的两条平行光滑 长导轨的上端，接有一个电容为C 、击穿电压为ＵB 的电容器， 有一匀强磁场与导轨平面垂直，磁感应强度为B ．现在有一 根质量为m 、长为L 的金属杆ｅf ，在t ＝０时以初速度v ０沿 图21-3 图21-4
带电粒子在电场中的运动 带电粒子经电场加速：处理方法，可用动能定理、牛顿运动定律或用功能关系。带电粒子经电场偏转：处理方法：灵活应用运动的合成和分解。 带电粒子在匀强电场中作类平抛运动，U、 d、 l、 m、 q、 v0已知。 (1)穿越时间: (2)末速度: (3)侧向位移: （4）偏角：
1、如图所示，长为L、倾角为θ的光滑绝缘斜面处于电场中，一带电量为+q、质量为m的小球，以初速度v0从斜面底端 A点开始沿斜面上滑，当到达斜面顶端B点时，速度仍为v0，则（） A．A、B两点间的电压一定等于mgLsinθ/q. B．小球在B点的电势能一定大于在A点的电势能 C．若电场是匀强电场，则该电场的电场强度的最大值一定为mg/q D．如果该电场由斜面中点正止方某处的点电荷产生，则该点电荷必为负电荷. 2、如图所示，质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中0点自由释放后，分别抵达B、C两点，若AB=BC，则它们带电荷量之比q1：q2等于（） A．1：2 B．2：1. C． 1:2 D．2：1 3．如图所示，质量为m、电量为q的带电微粒，以初速度v 从A点竖直向上射 入水平方向、电场强度为E的匀强电场中。当微粒经过B点时速率为V B ＝2V ， 而方向与E同向。下列判断中正确的是( ) A、A、B两点间电势差为2mV 2/q. B、A、B两点间的高度差为V 2/2g. C、微粒在B点的电势能大于在A点的电势能 D、从A到B微粒作匀变速运动.
4．一个带正电的微粒，从A点射入水平方向的匀强电场中，微粒沿直线AB运动，如图，AB与电场线夹角θ=30°，已知带电微粒的质量m=1.0×10－7kg，电量q=1.0×10－10C，A、B相距L=20cm．（取g=10m/s2，结果保留二位有效数字）求：（1）说明微粒在电场中运动的性质，要求说明理由． （2）电场强度的大小和方向？ （3）要使微粒从A点运动到B点，微粒射入电场时的最小速度是多少？ 1.7×104N/C v A= 2.8m/s 5．一个带电荷量为－q的油滴，从O点以速度v射入匀强电场中，v的方向与电场方向成θ角，已知油滴的质量为m，测得油滴达到运动轨迹的最高点时，它的速度大小又为v，求： (1) 最高点的位置可能在O点的哪一方？ (2) 电场强度E为多少？ (3) 最高点处(设为N)与O点的电势差U NO为多少？ U NO = q mv 2 sin2 2
贵州师大附中实习期间 教学设计 《带电粒子在电场中的运动》 指导老师: 实习生: 谢忠 2015年9月
《带电粒子在电场中的运动》教学设计 一、教学设计说明 1.教材分析 《带电粒子在在电场中的运动》是《普通高中物理课程标准》选修模块3—1中第一章“静电场” 中的内容，其基本内容是要求“处理带电粒子在电场中运动的问题”主要培养学生综合应用力学知识和电学知识的能力。 本节课的教学内容选自人民教育出版普通高中课程标准实验教材教科书2007年版《物理》选修3—1第1章第9节。教材内容由“带电粒子的加速”“带电粒子的偏转”“示波管原理”三部分组成，教学内容的梯度十分明显，安排符合学生的认知规律，教材首先介绍了带电粒子在电场中静电力的作用会发生不同程度的偏转，紧接着通过例题的形式来研究带电粒子的加速和偏转问题，这样我们出现进行问题的处理，清晰明了，一步一步地进行分析求解，可以防止公式过多的出现，避免学生死记硬背的现象出现，让学生从问题的本质出发，将复杂的问题简单化。 示波管的原理部分不仅对力学、电学知识的综合能力有较高的要求，而且要有一定的空间想象能力，因此教科书在“思考与讨论”栏目中设置了四个问题，层次分明、循序渐进，给学生足够的时间与空间的配置，对此部分内容的学习减轻了负担。 2.学情分析 教学主体是普通高二年纪的学生，已经掌握了运动学和功能关系的知识以及简单的静电学的知识，学生具有一定的分析推理能力，但是由于力学和电学的综合程度已有提高，这对于学生的学习还是有一定的困难。 高中二年级学生处于高中学习的关键时期，理论和科技方面的知识都需要加强，而本节教学则恰是理论联系现代科学实验和技术设备的知识，对学生而言通过本节课的学习讲师质的提升，也基于物理学习的宗旨，为往后的电磁学的学习打下（作为类比学习）基础。
课题：1.9带电粒子在电场中的应用 授课班级：高二（1）班授课时间：2017年9月27日授课人：郭耀虎 【三维目标】 （一）知识与技能 1．理解并掌握带电粒子在电场中的加速原理。 2．能用牛顿运动定律或动能定理分析带电粒子在电场中的加速。 （二）过程与方法 1．分析如何利用电场使带电粒子速度大小改变即加速。 2．归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。 （三）情感、态度和价值观 1．感受从能的角度，用动能定理分析解答问题的优点。 2．进一步养成科学思维的方法。 【教学方法】启发式教学、讲授法 【教学重点】带电粒子在电场中的直线运动的分析与解答； 【教学难点】用能量观点解决带电粒子在电场中的运动。 【教学过程】 一、带电粒子 1. 基本粒子： 如电子、质子、α粒子、离子等除题目中有特殊说明或明确暗示以外，一般都不考虑它们的重力（但不能忽略其质量）。 2. 带电颗粒：如带电液滴、油滴、尘埃和小球等除题目中有说明或明确暗示以外，一般都不能忽略它们的重力。 3.一般带电体：要根据题目暗示或运动状态来判定是否考虑重力。
二、带电粒子在匀强电场中的平衡问题 1、受力分析 U mgd q d U E mg qE =??? ? ? ?= = 2、运动状态：静止或匀速直线运动 【例1】如图所示，相距为d ，水平放置的两平行金属板a 、b ，其电容为C ，a 极板接地且中央有小孔，开始时两板均不带电。现将带电量为q 、质量为m 的带电液滴，一滴一滴从小孔正上方h 高处无初速度地滴下，竖直落向b 板，到达b 板后液滴的电荷全部传递给b 板，不计一切阻力。问：若第n 滴液滴在a 、b 间做 匀速直线运动，求n ？ 三、带电粒子在匀强电场中的匀加速直线运动 1、运动状态分析： 带电粒子沿电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，带电粒子将做匀变速直线运动。 【例2】如图,在真空中有一对平行金属板,两板间加以电压U,两板间有一个带正电荷q 的粒子,它在电场力的作用下,由静止开始从正极板向负极板运动,求达负极板时的速度? 分析：带电粒子不计重力，只受电场力作用，由于初速度为零，所以粒子沿电场力方向做匀加速直线运动。 解法一：牛顿定律+运动学公式
【巩固练习】 一、选择题 1、（2015 山东卷）如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，以下说法正确的是 A ．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B ．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 C ．若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D ．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 2、（2015 海南卷）如图，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v 沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小ε，将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折弯，置于磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v 运动时，棒两端的感应电动势大小为ε'，则ε ε'等于（ ） A.1/2 B. 2 2 C.1 D.2 3、一质量为m 的金属杆a b ，以一定的初速度v 0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行，导轨平面与水平面成300角，两导轨上端用一电阻R 相连，如图所示，磁场垂直斜面向上，导轨与杆的电阻不计，金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端， 则在此全过程中（ ）
A．向上滑行的时间大于向下滑行的时间 B．电阻R上产生的热量向上滑行时大于向下滑行时 C．通过电阻R的电量向上滑行时大于向下滑行时 D．杆a b受到的磁场力的冲量向上滑行时大于向下滑行时 4、如图所示，闭合矩形导体线框abcd从高处自由下落，在ab边开始进入匀强磁场到cd边刚进入磁场这段时间内，线框的速度v随时间t变化的图象可能是图中的 5、甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO＇旋转，当给以相同的初速度开始转动后， 由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中，甲 环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图 所示，当甲、乙两环同时以相同的初速度开始转动后，则下列 判断正确的是（） A．甲环先停B．乙环先停 C．两环同时停下D．无法判断两环停止的先后 6、（2015 北京朝阳质检）如图所示，一刚性矩形铜制线圈从高处自由下落，进入一水平的 匀强磁场区域，然后穿出磁场区域，则( ) A. 若线圈进入磁场过程是匀速运动，则离开磁场过程一定是匀速运动 B. 若线圈进入磁场过程是加速运动，则离开磁场过程一定是加速运动 C. 若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是加速运动 D. 若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是减速运动 7、如图所示，两粗细相同的铜、铁导线，围成半径相同的线圈，放在同一变化的磁场中，
带电粒子在电场中的运动知识点精解 1．带电粒子在电场中的加速 这是一个有实际意义的应用问题。电量为q的带电粒子由静止经过电势差为U的电 场加速后，根据动能定理及电场力做功公式可求得带电粒子获得的速度大小为 可见，末速度的大小与带电粒子本身的性质(q/m)有关。这点与重力场加速重物是不 同的。 2．带电粒子在电场中的偏转 如图1-36所示，质量为m的负电荷-q以初速度v0平行两金属板进入电场。设 两板间的电势差为U，板长为L，板间距离为d。则带电粒子在电场中所做的是类似 平抛的运动。 (1)带电粒子经过电场所需时间(可根据带电粒子在平行金属板方向做匀速直线 运动求) (2)带电粒子的加速度(带电粒子在垂直金属板方向做匀加速直线运动) (3)离开电场时在垂直金属板方向的分速度 (4)电荷离开电场时偏转角度的正切值 3．处理带电粒子在电场中运动问题的思想方法 (1)动力学观点
这类问题基本上是运动学、动力学、静电学知识的综合题。处理问题的要点是要注意区分不同的物理过程，弄清在不同物理过程中物体的受力情况及运动性质，并选用相应的物理规律。 能用来处理该类问题的物理规律主要有：牛顿定律结合直线运动公式；动量定理；动量守恒定律。 (2)功能观点 对于有变力参加作用的带电体的运动，必须借助于功能观点来处理。即使都是恒力作用问题，用功能观点处理也常常显得简洁。具体方法常用两种： ①用动能定理。 ②用包括静电势能、能在的能量守恒定律。 【说明】该类问题中分析电荷受力情况时，常涉及“重力”是否要考虑的问题。一般区分为三种情况： ①对电子、质子、原子核、(正、负)离子等带电粒子均不考虑重力的影响； ②根据题中给出的数据，先估算重力mg和电场力qE的值，若mg< 带电粒子在电场中的“直线运动”（带详解） [例题1]（’07杭州）如图—1所示，匀强电场的方向跟竖直方向成α角。在电场中有一质量为m 、带电量为q 的 摆球，当摆线水平时，摆球处于静止。求： ⑴小球带何种电荷？摆线拉力的大小为多少？ ⑵当剪断摆线后，球的加速度为多少？ ⑶剪断摆线后经过时间t ，电场力对球做的功是多少？ [解析]⑴当摆球静止时，受重力、拉力和电场力等作用，如图—2所示。显然，小球带正电荷。由综合“依据”㈡，可得 ② mg qE ① mg T -----=----=α αcos tan ⑵同理，剪断细线后，球的水平方向的合力、加速度为 ③ g a ma mg -----==ααtan tan ⑶欲求剪断摆线后经过时间t ，电场力对球做的功，须先求球的位移。由“依据”㈡、㈦，可得 ⑤ qEs W ④ at s ---?=------= αsin 2 12 最后，联立②③④⑤式，即可求出以下结果 .t a n 2 1222αt mg W = [例题3]（高考模拟）如图—5所示,水平放置的两平行金属板A 、B 相距为d ，电容为C ，开始时两极板均不带电，A 板接地且中央有一小孔，先将带电液一滴一滴地从小孔正上方h 高处无初速地底下，设每滴液滴的质量为m ，电荷量为q,落到B 板后把电荷全部传给B 板。 ⑴第几滴液滴将在A 、B 间做匀速直线运动？ ⑵能够到达—板的液滴不会超过多少滴？ [解析]⑴首先，分析可知，液滴在场外只受重力作用做自由落体运动，在场内则还要受竖直向上的可变电场力作用。 假设第n 滴恰好在在A 、B 间做匀速直线运动，由“依据”㈠（二力平衡条件），可得 ①mg qE ----= 考虑到电容的电量、场强电势差关系以及电容定义，我们不难得 ②q n Q -----=)1( ③Cd Q d U E ---== 联立①②③式，即可求出 .12 +=q mgCd n 《力电综合问题》专题突破最新试题汇编 1.(2017·厦门一中检测)如图所示，MN、PQ两平行光滑水平导轨分别与半径r＝0.5 m的相同竖直半圆导轨在N、Q端平滑连接，M、P端连接定值电阻R，质量M＝2 kg的cd绝缘杆垂直静止在水平导轨上，在其右侧至N、Q端的区域内充满竖直向上的匀强磁场，现有质量m＝1 kg的ab金属杆以初速度v0＝12 m/s 水平向右与cd绝缘杆发生正碰后，进入磁场并最终未滑出，cd绝缘杆则恰好通过半圆导轨最高点，不计其他电阻和摩擦，ab金属杆始终与导轨垂直且接触良好，取g＝10 m/s2，求：(不考虑cd杆通过半圆导轨最高点以后的运动) (1)cd绝缘杆通过半圆导轨最高点时的速度大小v； (2)电阻R产生的焦耳热Q。 2.如图，ab和cd是两条竖直放置的长直光滑金属导轨，MN和M′N′是两根用细线连接的金属杆，其质量分别为m和2m。竖直向上的外力F作用在杆MN 上，使两杆水平静止，并刚好与导轨接触；两杆的总电阻为R，导轨间距为l。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直。导轨电阻可忽略，重力加速度为g。在t＝0时刻将细线烧断，保持F不变，金属 杆和导轨始终接触良好。求： (1)细线烧断后，任意时刻两杆运动的速度之比； (2)两杆分别达到的最大速度。 3．(2017·江苏高考)如图所示，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻。质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求： (1)MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I； (2)MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a； (3)PQ刚要离开金属杆时，感应电流的功率P。 4．水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆(如图甲)，金属杆与导轨的电阻忽略不计；匀强磁场竖直向下，用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的金属杆做匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如图乙所示。(取重力加速度g＝10 m/s2) (1)金属杆在匀速运动之前做什么运动？ (2)若m＝0.5 kg，L＝0.5 m，R＝0.5 Ω，磁感应强度B为多大？ (3)由v-F图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？ 力电综合应用题 复习精要 力电综合应用题既与运动学、动力学、功和能、动量等力学知识联系紧密，又与带电粒子在电场、磁场中的运动联系紧密，既要用到力学规律，又要用到电磁感应和带电粒子在电磁场中的运动规律，这类题目涉及的物理情景丰富，综合性强，难度大，很适合对能力的考查，为高考命题提供了丰富的情景与素材，为体现知识的综合与灵活应用提供了广阔的平台，是高考命题热点之一，且多数为压轴大计算题。力电综合应用题中，若空间中同时同区域存在重力场、电场、磁场，则粒子的受力情况比较复杂；若不同时不同区域存在，则使粒子的运动情况或过程比较复杂，相应的运动情景及能量转化更加复杂化，将力学、电磁学知识的转化应用推向高潮。 对综合性强、过程较为复杂的题，一般采用“分段”处理，所谓的“分段”处理，就是根据问题的需要和研究对象的不同，将问题涉及的物理过程，按照时间和空间的发展顺序，合理地分解为几个彼此相对独立、又相互联系的阶段，再根据各个阶段遵从的物理规律逐个建立方程，最后通过各阶段的联系量综合起来解决，从而使问题化整为零，各个击破。 006江苏省南通市08届第一次基础调研测试16．（14分）如图所示，MN 是一固定在水平地面上足够长的绝缘平板（右侧有挡板），整个空间有平行于平板向左、场强为E 的匀强电场，在板上C 点的右侧有一个垂直于纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场，一个质量为m 、带电量为-q 的小物块，从C 点由静止开始向右先做加速运动再做匀速运动．当物体碰到右端挡板后被弹回，若在碰撞瞬间撤去电场，小物块返回时在磁场中恰做匀速运动，已知平板NC 部分的长度为L ，物块与平板间的动摩擦因数为 （1）小物块向右运动过程中克服摩擦力做的功； （2）小物块与右端挡板碰撞过程损失的机械能； （3）最终小物块停在绝缘平板上的位置． 解：（1）设小物块向右匀速运动时的速度大小为v 1 01=+-)B qv mg (qE μ ①（1分） 设小物块在向右运动过程中克服摩擦力做的功为W ，由动能定理有 02 12 1-= -mv W qEL ②（2分） 由①②式解得 qB mg qE v μμ-= 1 ③ 2 222 2B q )mg qE (m qEL W μμ--= ④（2分） （2）设小物块返回时在磁场中匀速运动的速度大小为v 2，与右端挡板碰撞过程损失的机械 能为E ?，则有 0 2=-mg B qv ⑤（2分） 2 2 212 121mv mv E -= ? ⑥（1分） 带电粒子在电场中的运动 班级_________姓名_________ 一、带电粒子在电场中做偏转运动 1. 如图所示，在平行板电容器之间有匀强电场，一带电粒子（重力不计）以速度v 0垂直电场线射人电场，经过时间t l 穿越电场，粒子的动能由E k 增加到2E k ; 若这个带电粒子以速度3 2 v 0 垂直进人 该电场，经过时间t 2穿越电场。求： ( l ）带电粒子两次穿越电场的时间之比t 1：t 2; ( 2 ）带电粒子第二次穿出电场时的动能。 2.如图所示的真空管中，质量为m ，电量为e 的电子从灯丝Ｆ发出，经过电压Ｕ１加速后沿中心线射入相距为d 的两平行金属板Ｂ、Ｃ间的匀强电场中，通过电场后打到荧光屏上，设Ｂ、Ｃ间电压为Ｕ２，Ｂ、Ｃ板长为l 1,平行金属板右端到荧光屏的距离为l ２,求： ⑴电子离开匀强电场时的速度与进入时速度间的夹角． ⑵电子打到荧光屏上的位置偏离屏中心距离． 解析:电子在真空管中的运动过分为三段，从Ｆ发出在电压Ｕ１作用下的加速运动；进入平行金属板Ｂ、Ｃ间的匀强电场中做类平抛运动；飞离匀强电场到荧光屏间的匀速直线运动． ⑴设电子经电压Ｕ１加速后的速度为v 1，根据动能定理有： 2 112 1mv eU = 电子进入Ｂ、Ｃ间的匀强电场中，在水平方向以v 1的速度做匀速直线运动，竖直方向受电场力的作用做初速度为零的加速运动，其加速度为： dm eU m eE a 2 == 电子通过匀强电场的时间1 1 v l t = 电子离开匀强电场时竖直方向的速度v y 为： 1 1 2mdv l eU at v y = = v 0 电子离开电场时速度v 2与进入电场时的速度v 1夹角为α（如图５）则 d U l U mdv l eU v v tg y 11 22 1 121 2== = α ∴d U l U arctg 1122=α ⑵电子通过匀强电场时偏离中心线的位移 d U l U v l dm eU at y 12 12212122142121= ?== 电子离开电场后，做匀速直线运动射到荧光屏上，竖直方向的位移 d U l l U tg l y 12 12222= =α ∴电子打到荧光屏上时，偏离中心线的距离为 )2 (221 11221l l d U l U y y y += += 3. 在真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场．若将一个质量为m 、带正电电量q 的小球在此电场中由静止释放，小球将沿与竖直方向夹角为?37的直线运动。现将该小球从电场中某点以初速度0v 竖直向上抛出，求运动过程中（取8.037cos ,6.037sin =?=?） （1）小球受到的电场力的大小及方向； （2）小球运动的抛出点至最高点之间的电势差U ． 解析： （1）根据题设条件，电场力大小 mg mg F e 4 3 37tan = ?= ① 电场力的方向向右 （2）小球沿竖直方向做初速为0v 的匀减速运动，到最高点的时间为t ，则： 00=-=gt v v y g v t 0 = ② 沿水平方向做初速度为0的匀加速运动，加速度为x a g m F a e x 4 3 == ③ 图 ５ 力电综合问题 一．选择题 1（2019高考大纲模拟14）.如图所示，有竖直向上的匀强磁场穿过水平放置的光滑平行金属导轨，导轨左端连有电阻R.质量相等、长度相同的铁棒和铝棒静止在轨道上．现给两棒一个瞬时冲量，使它们以相同速度v 0向右运动，两棒滑行一段距离后静止，已知两棒始终与导轨垂直，在此过程中( ) A ．在速度为v 0时，两棒的端电压Uab ＝Ucd B ．铁棒在中间时刻的加速度是速度为v 0时加速度的一半 C ．铝棒运动的时间小于铁棒运动的时间 D ．两回路中磁通量的改变量相等 【参考答案】C 【名师解析】两棒的初速度均为v 0，根据法拉第电磁感应定律，棒中感应电动势为E ＝BLv 0，由闭合电路欧姆定律知回路中电流为I ＝ E R ＋r ，而电阻R 两端电压为U ＝IR ＝ BLvR R ＋r ，由于铁棒和铝棒接入电路的电阻r 不同，故两棒的端电压U ab ≠U cd ，故A 错误； 根据牛顿第二定律可知a ＝B 2L 2v m R ＋r ，铁棒做加速度减小的减速运动，铁棒在中间时刻的速度小于v 0 2 ，铁 棒在中间时刻的加速度小于速度为v 0时加速度的一半，故B 错误； 由于铝棒的电阻小于铁棒的电阻，根据F 安＝B 2L 2v R ＋r 可知铝棒受到的平均安培力大于铁棒受到的平均安培 力，根据动量定理－F 安 Δt ＝－mv 0可知，铝棒运动的时间小于铁棒运动的时间，故C 正确； 根据动量定理可知－F 安 Δt ＝－mv 0， 而F 安Δt ＝B 2L 2v Δt R ＋r ＝B 2L 2x R ＋r ＝BL ΔΦ R ＋r ， 解得ΔΦ＝ mv 0R ＋r BL ， 两回路中磁通量的改变量不相等，故D 错误． 2．（2019安徽江南十校联考）空间存在水平向右的匀强电场，方向与x 轴平行，一个质量为m ，带负电的小球，电荷量为－q ，从坐标原点以v 0=10m/s 的初速度斜向上抛出，且初速度v 0与x 轴正方向夹角θ 带电粒子在电场中运动常见题型 1. “带电粒子在匀强磁场中的圆周运动”的范围型问题 例1如图9-8所示真空中宽为d 的区域内有强度为B 的匀强磁场方向如图，质量m 带电-q 的粒子以与CD 成θ角的速度V0垂直射入磁场中。要使粒子必能从EF 射出，则初速度V0应满足什么条件？EF 上有粒子射出的区域？ 【解析】粒子从A 点进入磁场后受洛伦兹力作匀速圆周运动，要使粒子必能从EF 射出，则相应的临界轨迹必为过点A 并与EF 相切的轨迹如图9-10所示，作出A 、P 点速度的垂线相交于O/即为该临界轨迹的圆心。 临界半径R0由d Cos θR R 00=+ 有: θ+=Cos 1d R 0； 故粒子必能穿出EF 的实际运动轨迹半径R ≥R0 即: θ+≥= Cos 1d qB m v R 0 有: )Cos 1(m qBd v 0θ+≥ 。 由图知粒子不可能从P 点下方向射出EF ，即只能从P 点上方某一区域射出； 又由于粒子从点A 进入磁场后受洛仑兹力必使其向右下方偏转，故粒子不可能从AG 直线上方射出；由此可见EF 中有粒子射出的区域为PG ， 且由图知: θ +θ+θ = θ+θ=cot d Cos 1dSin cot d Sin R PG 0。 【总结】带电粒子在磁场中以不同的速度运动时，圆周运动的半径随着速度的变化而变化，因此可以将半径放缩， 运用“放缩法”探索出临界点的轨迹，使问题得解；对于范围型问题，求解时关键寻找引起范围的“临界轨迹”及“临界半径R0”，然后利用粒子运动的实际轨道半径R 与R0的大小关系确定范围。 例2如图9-11所示S 为电子射线源能在图示纸面上和360°范围内向各个方向发射速率相等的质量为m 、带电-e 的电子，MN 是一块足够大的竖直挡板且与S 的水平距离OS ＝L ，挡板左侧充满垂直纸面向里的匀强磁场； ①若电子的发射速率为V0，要使电子一定能经过点O ，则磁场的磁感应强度B 的条件？ ②若磁场的磁感应强度为B ，要使S 发射出的电子能到达档板，则电子的发射速率多大？ ③若磁场的磁感应强度为B ，从S 发射出的电子的速度为m eBL 2，则档板上出现电子的范围多大？ 图9-8 图9-9 图 9-10 图9-11 图9-12带电粒子在电场中的直线运动.(附详细答案)
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