高考物理 真题分类解析 专题25 带电粒子在电场中的.doc
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1、2013高考物理真题专题二十五、带电粒子在电场中的运动1(19分)(2013全国高考大纲版理综第25题)一电荷量为q(q0)、质量为m的带电粒子在匀强电场的作用下,在t0时由静止开始运动,场强随时间变化的规律如图所示。不计重力,求在t0到tT的时间间隔内at0.25T0.5T0.75TTE02E0E02E00 (1)粒子位移的大小和方向; (2)粒子沿初始电场反方向运动的时间。1(19分)解法一:粒子在0T/4、T/4T/2、T/23T/4、3T/4T时间间隔内做匀变速运动,设加速度分别为a1、a2、a3、a4,由牛顿第二定律得vt0.25T0.5T0.75TTv1v10图(b)at0.25T
2、0.5T0.75TT2qE0/mqE0/m2qE0/mqE0/m0图(a) 、 (每个式子1分) 由此得带电粒子在0T时间间隔内运动的at图像如图(a)所示(2分),对应的vt图像如图(b)所示(3分),其中 (1分)由图(b)可知,带电粒子在t0到tT时的位移为 (2分) 联立解得 (2分) 它的方向沿初始电场正方向。 (1分) (2)由图(b)可知,粒子在t3T/8到t5T/8内沿初始电场反方向运动,总的运动时间为 (4分) 解法二:带电粒子在粒子在0T/4、T/4T/2、T/23T/4、3T/4T时间间隔内做匀变速运动,设加速度分别为a1、a2、a3、a4,由牛顿第二定律得 、 (每个式
3、子1分) 设粒子在tT/4、tT/2、t3 T/4、tT时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4,则有 、 (每个式子1分) 设带电粒子在t0到tT时的位移为s,有 (4分) 解得 (2分) 它的方向沿初始电场正方向。 (1分) (2)由电场的变化规律知,粒子从tT/4时开始减速,设经过时间t1粒子速度为零,有 ,解得 t1T/8 (1分) 粒子从tT/2时开始加速,设经过时间t2粒子速度为零,有 ,解得 t2T/8 (1分)设粒子从t0到tT内沿初始电场反方向运动的时间为t2,有 t (1分) 解得tT/4 (1分)2(2013高考浙江理综第24题)(20分)“电子能量分析器”主要由处于真空中
4、的电子偏转器和探测板组成。偏转器是由两个相互绝缘、半径分别为RA和RB的同心圆金属半球面A和B构成,A、B为电势值不等的等势面,其过球心的截面如图所示。一束电荷量为e、质量为m的电子以不同的动能从偏转器左端M的正中间小孔垂直入射,进入偏转电场区域,最后到达偏转器右端的探测板N,其中动能为Ek0的电子沿等势面C做匀速圆周运动到达N板的正中间。忽略电场的边缘效应。(1)判断球面A、B的电势高低,并说明理由;(2)求等势面C所在处电场强度E的大小;(3)若半球面A、B和等势面C的电势分别为A、B和C,则到达N板左、右边缘处的电子,经过偏转电场前、后的动能改变量EK左和EK右分别为多少?(4)比较|E
5、K左|和|EK右|的大小,并说明理由。解析:(1)电子(带负电)做圆周运动,电场力方向指向球心,电场方向从B指向A,B板电势高于A板。(2)据题意,电子在电场力作用下做圆周运动,考虑到圆轨道上的电场强度B大小相同,有:eE=mv2/R,Ek0= mv2/2,R=(RA+RB)/2,联立解得:E=(3)电子运动时只有电场力做功,根据动能定理,有:EK=qU对到达N板左侧边缘的电子,电场力做正功,动能增加,有:EK左=e(B-C)对到达N板右侧边缘的电子,电场力做负功,动能减小,有:EK右=e(A-C)(4)根据电场线的特点,等势面B与C之间的电场强度大于C与A之间的电场强度,考虑到等势面间距相等
6、,有:B-CA-C即:EK左EK右3. (2013全国新课标理综II第24题)如图,匀强电场中有一半径为r的光滑绝缘轨道,轨道平面与电场方向平行。一电荷量为q(q0)的质点沿轨道内侧运动,经过a点和b点时对轨道压力分别为Na和 Nb。不计重力,求电场强度的大小E、质点经过a点和b点时的动能。【命题意图】 本题主要考查受到约束的带电质点在匀强电场中的运动、牛顿第二定律、动能定理及其相关的知识点,意在考查考生灵活应用知识解决问题的能力。解:质点所受电场力的大小为:f=qE,设质点质量为m,经过a点和b点时的速度大小分别为va和vb,由牛顿第二定律有:f+Na=m Nb f =m 设质点经过a点和b
7、点时的动能分别为Eka和Ekb,有Eka=mva2 Ekb=mvb2 根据动能定理有:Ekb- Eka=2rf, 联立式解得:E=( Nb - Na)Eka=( Nb +5 Na) Ekb=(5 Nb + Na) 式(1分)式(2分)式(2分)式(1分)式(1分)式(1分)式(2分)式(2分)式(2分)【方法技巧】解决受到约束的带电质点在匀强电场中的运动,在某个位置分析受力,应用牛顿第二定律列出相关方程,对运动过程,应用动能定理列出相关方程联立解得。4(2013高考上海物理第32题)(12分)半径为R,均匀带正电荷的球体在空间产生球对称的电场;场强大小沿半径分布如图所示,图中E0已知,Er曲线
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