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适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习专题分层突破练7电场带电粒子在电场中的运动课件
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这是一份适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习专题分层突破练7电场带电粒子在电场中的运动课件，共25页。
1.(2023湖北卷)在正点电荷Q产生的电场中有M、N两点,其电势分别为φM、φN,电场强度大小分别为EM、EN。下列说法正确的是( )A.若φM>φN,则M点到正点电荷Q的距离比N点的远B.若EMEN
解析 正点电荷Q的电场线是“光芒万丈”,由φM>φN可知,M点到正点电荷Q的距离近,选项A错误。根据 知,若EM
解析 由牛顿第二定律有Eq=ma,v-t图像中斜率表示加速度,由题图可知,电荷在B点时加速度最小,则B点的电场强度最小,故A错误;由题图可知,正电荷沿电场线从A点经过B点到C点,速度一直增加,静电力一直做正功,电势能减少,则有EpA>EpB>EpC,由Ep=φq可得φA>φB>φC,故C错误,B、D正确。
3.(多选)(2023全国乙卷)在O点处固定一个正点电荷,P点在O点右上方。从P点由静止释放一个带负电的小球,小球仅在重力和该点电荷静电力作用下在竖直面内运动,其一段轨迹如图所示。M、N是轨迹上的两点, OP>OM,OM=ON,则小球( )A.在运动过程中,电势能先增加后减少B.在P点的电势能大于在N点的电势能C.在M点的机械能等于在N点的机械能D.从M点运动到N点的过程中,静电力始终不做功
解析 由图可知,带电小球从P点开始,下落时静电力对其先做正功,后做负功,所以电势能先减少后增加,选项A错误。由于OM=ON,所以带电小球在N点与M点的电势能相等。因为由P到M静电力对小球做正功,电势能减少,所以小球在P点的电势能大于在M点的电势能,在P点的电势能也大于在N点的电势能,选项B正确。小球在运动过程中只有静电力和重力做功,所以只有电势能、动能和重力势能的相互转化,其中动能和重力势能之和为机械能。由于带电小球在M点和N点的电势能相等,所以在这两点的机械能也相等,选项C正确。从M点运动到N点的过程中,因为有重力作用,所以虽然M点和N点离O点距离相等,但轨迹MN不是以O为圆心的圆弧,轨迹MN不在等势面上,静电力会做功,选项D错误。
4.(多选)(2023辽宁卷)图甲为金属四极杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图,图乙为四极杆内垂直于x轴的任意截面内的等势面分布图,相邻两等势面间电势差相等,则( )
A.P点电势比M点的低B.P点电场强度大小比M点的大C.M点电场强度方向沿z轴正方向D.沿x轴运动的带电粒子,电势能不变
解析 P点电势比O点电势高,O点电势比M点电势高,故P点电势比M点电势高,选项A错误;相邻两等势面间电势差相等,等势面的疏密程度可以反映电场强度的大小,故P点电场强度大小比M点的小,选项B错误;根据电场强度的叠加,M点电场强度方向沿z轴正方向,选项C正确;沿x轴运动的带电粒子,沿等势面运动,电势能不变,选项D正确。
5.(2023山东青岛模拟)如图所示,O点为两等量异种点电荷连线的中点,一带正电的粒子(不计重力)从连线上的A点由静止释放。在静电力作用下运动到B点。取A点为坐标原点,沿直线向右为x轴正方向。在粒子从A点运动到B点的过程中,下列关于粒子运动的速度v和加速度a随时间t的变化、运动径迹上电势φ和粒子的电势能Ep随位移x的变化图线可能正确的是( )
解析 根据等量异种电荷的电场线分布可知,在A到B的运动过程中,电场强度先变小后变大,粒子受到的静电力先变小后变大,则加速度先变小后变大,v-t图像切线的斜率先变小后变大,故A错误,B正确;沿着电场线方向电势降低,电势与位移的图像的斜率表示电场强度,电场强度先减小后增大,所以图像的斜率先减小后增大,故C错误;根据Ep=qφ,得 ,E先减小后增大,所以Ep-x图像切线的斜率先减小后增大,故D错误。
6.(2023重庆九龙坡三模)某条电场线是一条直线,沿电场线方向依次有O、A、B、C四个点,相邻两点间距离均为d,以O点为坐标原点,沿电场强度方向建立x轴,该电场线上各点电场强度E随x的变化规律如图所示。一个电荷量为+q的粒子,从O点由静止释放,仅受静电力作用。则下列说法正确的是( )
7.(2022河北卷)如图所示,真空中电荷量为2q和-q(q>0)的两个点电荷分别位于M点与N点,形成一个以MN延长线上O点为球心,电势为零的等势面(取无穷远处电势为零),P为MN连线上的一点,S为等势面与直线MN的交点,T为等势面上的一点,下列说法正确的是( )A.P点电势低于S点电势B.T点电场强度方向指向O点C.除无穷远处外,MN直线上还存在两个电场强度为零的点D.将正试探电荷q0从T点移到P点,静电力做正功
解析 在直线MN上,根据电场的叠加可知M、N间的电场强度方向水平向右,沿着电场线电势逐渐降低,可知P点电势高于等势面与MN交点处(A点)电势,则P点电势高于S点电势,故A错误;由于正电荷的电荷量大于负电荷的电荷量,可知在N左侧电场强度不可能为零,在N右侧,设MN距离为L,根据 可知,除无穷远处外,直线MN上电场强度为零的点只有一个,故C错误;由A选项分析可知,T点电势低于P点电势,则正电荷在T点的电势能低于在P点的电势能,将正试探电荷q0从T点移到P点,电势能增大,静电力做负功,故D错误;由于电场方向垂直等势面,且由高电势指向低电势,所以T点的电场强度方向指向O点,故B正确。
8.(2022湖北卷)密立根油滴实验装置如图所示,两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接,板间产生匀强电场。用一个喷雾器把密度相同的许多油滴从上板中间的小孔喷入电场,油滴从喷口喷出时由于摩擦而带电。金属板间电势差为U时,电荷量为q、半径为r的球状油滴在板间保持静止。若仅将金属板间电势差调整为2U,则在板间能保持静止的球状油滴的电荷量和半径可以为( )A.q,rB.2q,rC.2q,2rD.4q,2r
9.(2023山东烟台模拟)如图所示,真空中有一边长为10 cm的立方体。空间存在一匀强电场,已知A点电势为0,B、D、A'三点电势均为1 V,下列判断正确的是( )A.匀强电场的电场强度大小为10 V/m,方向由C'指向AB.匀强电场的电场强度大小为 V/m,方向由C'指向AC.电子在C点的电势能为 eVD.电子沿直线由A点到C点静电力做负功
10.(2023全国乙卷)如图所示,等边三角形ABC位于竖直平面内,AB边水平,顶点C在AB边上方,3个点电荷分别固定在三角形的三个顶点上。已知AB边中点M处的电场强度方向竖直向下,BC边中点N处的电场强度方向竖直向上,A点处点电荷的电荷量的绝对值为q。(1)求B点处点电荷的电荷量的绝对值并判断3个点电荷的正负。(2)求C点处点电荷的电荷量。
答案 (1)q 均为正点电荷
解析 (1)场源为位于A、B、C三点的点电荷,场中(M点和N点)电场强度满足叠加原理。①M点处的电场强度方向竖直向下,易知C点处电荷为正点电荷,A、B点处电荷为等量同号点电荷(电荷量的绝对值均为q)。②N点处的电场强度方向竖直向上,可把此处电场分解为BC方向分量(由B、C点处点电荷决定)和AN方向分量(由A点处点电荷决定),易知A、B点处均为正电荷,且qB=q。
11.(2023全国新课标卷)密立根油滴实验的示意图如图所示。两水平金属平板上下放置,间距固定,可从上板中央的小孔向两板间喷入大小不同、带的电荷量不同、密度相同的小油滴。两板间不加电压时,油滴a、b在重力
油滴可视为球形,所受空气阻力大小与油滴半径、运动速率成正比,比例系数视为常数。不计空气浮力和油滴间的相互作用。(1)求油滴a和油滴b的质量之比;(2)判断油滴a和油滴b所带电荷的正负,并求a、b所带电荷量的绝对值之比。
解析 (1)设空气阻力为Ff,油滴的半径为r,油滴的运动速率为v,油滴的密度为ρ,则有Ff=krvmg=Ff
1.(2023湖北卷)在正点电荷Q产生的电场中有M、N两点,其电势分别为φM、φN,电场强度大小分别为EM、EN。下列说法正确的是( )A.若φM>φN,则M点到正点电荷Q的距离比N点的远B.若EM
解析 正点电荷Q的电场线是“光芒万丈”,由φM>φN可知,M点到正点电荷Q的距离近,选项A错误。根据 知,若EM
解析 由牛顿第二定律有Eq=ma,v-t图像中斜率表示加速度,由题图可知,电荷在B点时加速度最小,则B点的电场强度最小,故A错误;由题图可知,正电荷沿电场线从A点经过B点到C点,速度一直增加,静电力一直做正功,电势能减少,则有EpA>EpB>EpC,由Ep=φq可得φA>φB>φC,故C错误,B、D正确。
3.(多选)(2023全国乙卷)在O点处固定一个正点电荷,P点在O点右上方。从P点由静止释放一个带负电的小球,小球仅在重力和该点电荷静电力作用下在竖直面内运动,其一段轨迹如图所示。M、N是轨迹上的两点, OP>OM,OM=ON,则小球( )A.在运动过程中,电势能先增加后减少B.在P点的电势能大于在N点的电势能C.在M点的机械能等于在N点的机械能D.从M点运动到N点的过程中,静电力始终不做功
解析 由图可知,带电小球从P点开始,下落时静电力对其先做正功,后做负功,所以电势能先减少后增加,选项A错误。由于OM=ON,所以带电小球在N点与M点的电势能相等。因为由P到M静电力对小球做正功,电势能减少,所以小球在P点的电势能大于在M点的电势能,在P点的电势能也大于在N点的电势能,选项B正确。小球在运动过程中只有静电力和重力做功,所以只有电势能、动能和重力势能的相互转化,其中动能和重力势能之和为机械能。由于带电小球在M点和N点的电势能相等,所以在这两点的机械能也相等,选项C正确。从M点运动到N点的过程中,因为有重力作用,所以虽然M点和N点离O点距离相等,但轨迹MN不是以O为圆心的圆弧,轨迹MN不在等势面上,静电力会做功,选项D错误。
4.(多选)(2023辽宁卷)图甲为金属四极杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图,图乙为四极杆内垂直于x轴的任意截面内的等势面分布图,相邻两等势面间电势差相等,则( )
A.P点电势比M点的低B.P点电场强度大小比M点的大C.M点电场强度方向沿z轴正方向D.沿x轴运动的带电粒子,电势能不变
解析 P点电势比O点电势高,O点电势比M点电势高,故P点电势比M点电势高,选项A错误;相邻两等势面间电势差相等,等势面的疏密程度可以反映电场强度的大小,故P点电场强度大小比M点的小,选项B错误;根据电场强度的叠加,M点电场强度方向沿z轴正方向,选项C正确;沿x轴运动的带电粒子,沿等势面运动,电势能不变,选项D正确。
5.(2023山东青岛模拟)如图所示,O点为两等量异种点电荷连线的中点,一带正电的粒子(不计重力)从连线上的A点由静止释放。在静电力作用下运动到B点。取A点为坐标原点,沿直线向右为x轴正方向。在粒子从A点运动到B点的过程中,下列关于粒子运动的速度v和加速度a随时间t的变化、运动径迹上电势φ和粒子的电势能Ep随位移x的变化图线可能正确的是( )
解析 根据等量异种电荷的电场线分布可知,在A到B的运动过程中,电场强度先变小后变大,粒子受到的静电力先变小后变大,则加速度先变小后变大,v-t图像切线的斜率先变小后变大,故A错误,B正确;沿着电场线方向电势降低,电势与位移的图像的斜率表示电场强度,电场强度先减小后增大,所以图像的斜率先减小后增大,故C错误;根据Ep=qφ,得 ,E先减小后增大,所以Ep-x图像切线的斜率先减小后增大,故D错误。
6.(2023重庆九龙坡三模)某条电场线是一条直线,沿电场线方向依次有O、A、B、C四个点,相邻两点间距离均为d,以O点为坐标原点,沿电场强度方向建立x轴,该电场线上各点电场强度E随x的变化规律如图所示。一个电荷量为+q的粒子,从O点由静止释放,仅受静电力作用。则下列说法正确的是( )
7.(2022河北卷)如图所示,真空中电荷量为2q和-q(q>0)的两个点电荷分别位于M点与N点,形成一个以MN延长线上O点为球心,电势为零的等势面(取无穷远处电势为零),P为MN连线上的一点,S为等势面与直线MN的交点,T为等势面上的一点,下列说法正确的是( )A.P点电势低于S点电势B.T点电场强度方向指向O点C.除无穷远处外,MN直线上还存在两个电场强度为零的点D.将正试探电荷q0从T点移到P点,静电力做正功
解析 在直线MN上,根据电场的叠加可知M、N间的电场强度方向水平向右,沿着电场线电势逐渐降低,可知P点电势高于等势面与MN交点处(A点)电势,则P点电势高于S点电势,故A错误;由于正电荷的电荷量大于负电荷的电荷量,可知在N左侧电场强度不可能为零,在N右侧,设MN距离为L,根据 可知,除无穷远处外,直线MN上电场强度为零的点只有一个,故C错误;由A选项分析可知,T点电势低于P点电势,则正电荷在T点的电势能低于在P点的电势能,将正试探电荷q0从T点移到P点,电势能增大,静电力做负功,故D错误;由于电场方向垂直等势面,且由高电势指向低电势,所以T点的电场强度方向指向O点,故B正确。
8.(2022湖北卷)密立根油滴实验装置如图所示,两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接,板间产生匀强电场。用一个喷雾器把密度相同的许多油滴从上板中间的小孔喷入电场,油滴从喷口喷出时由于摩擦而带电。金属板间电势差为U时,电荷量为q、半径为r的球状油滴在板间保持静止。若仅将金属板间电势差调整为2U,则在板间能保持静止的球状油滴的电荷量和半径可以为( )A.q,rB.2q,rC.2q,2rD.4q,2r
9.(2023山东烟台模拟)如图所示,真空中有一边长为10 cm的立方体。空间存在一匀强电场,已知A点电势为0,B、D、A'三点电势均为1 V,下列判断正确的是( )A.匀强电场的电场强度大小为10 V/m,方向由C'指向AB.匀强电场的电场强度大小为 V/m,方向由C'指向AC.电子在C点的电势能为 eVD.电子沿直线由A点到C点静电力做负功
10.(2023全国乙卷)如图所示,等边三角形ABC位于竖直平面内,AB边水平,顶点C在AB边上方,3个点电荷分别固定在三角形的三个顶点上。已知AB边中点M处的电场强度方向竖直向下,BC边中点N处的电场强度方向竖直向上,A点处点电荷的电荷量的绝对值为q。(1)求B点处点电荷的电荷量的绝对值并判断3个点电荷的正负。(2)求C点处点电荷的电荷量。
答案 (1)q 均为正点电荷
解析 (1)场源为位于A、B、C三点的点电荷,场中(M点和N点)电场强度满足叠加原理。①M点处的电场强度方向竖直向下,易知C点处电荷为正点电荷,A、B点处电荷为等量同号点电荷(电荷量的绝对值均为q)。②N点处的电场强度方向竖直向上,可把此处电场分解为BC方向分量(由B、C点处点电荷决定)和AN方向分量(由A点处点电荷决定),易知A、B点处均为正电荷,且qB=q。
11.(2023全国新课标卷)密立根油滴实验的示意图如图所示。两水平金属平板上下放置,间距固定,可从上板中央的小孔向两板间喷入大小不同、带的电荷量不同、密度相同的小油滴。两板间不加电压时,油滴a、b在重力
油滴可视为球形,所受空气阻力大小与油滴半径、运动速率成正比,比例系数视为常数。不计空气浮力和油滴间的相互作用。(1)求油滴a和油滴b的质量之比;(2)判断油滴a和油滴b所带电荷的正负,并求a、b所带电荷量的绝对值之比。
解析 (1)设空气阻力为Ff,油滴的半径为r,油滴的运动速率为v,油滴的密度为ρ,则有Ff=krvmg=Ff
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