2022年高考物理母題題源系列 專題08 帶電粒子在電場中的運動（含解析）

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1、2022年高考物理母題題源系列 專題08 帶電粒子在電場中的運動（含解析） 【母題來源一】 xx年安徽卷第14題 【母題原題】14．圖示是α粒子（氦原子核）被重金屬原子核散射的運動軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點，在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止不動。圖中所標(biāo)出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是 A．M點 B．N點 C．P點 D．Q點 【母題來源二】 xx年山東卷第20題 【母題原題】20. 如圖甲，兩水平金屬板間距為d，板間電場強度的變化規(guī)律如圖乙所示。t=0時刻，質(zhì)量為m的帶電微粒以初速度v0沿中線射入兩板間，

2、時間內(nèi)微粒勻速運動，T時刻微粒恰好經(jīng)金屬邊緣飛出。微粒運動過程中未與金屬板接觸。重力加速度的大小為g。關(guān)于微粒在時間內(nèi)運動的描述，正確的是 A.末速度大小為 B.末速度沿水平方向 C.重力勢能減少了 D.克服電場力做功為 【命題意圖】考查帶電粒子在勻強電場中做類平拋運動時遵循的規(guī)律，涉及重力、電場力、類平拋運動知識，意在考查考生對物理規(guī)律的理解能力和綜合分析能力。 【考試方向】能運用運動的合成與分解解決帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題；用動力學(xué)方法解決帶電粒子在電場中的直線運動問題。帶電粒子在勻強電場中的運動有可能會以選擇題或計算題的形式出現(xiàn)，也有可能會結(jié)合帶電

3、粒子在勻強磁場中運動命題。 【得分要點】（1）帶電粒子在電場中加速 若不計粒子的重力，則電場力對帶電粒子做的功等于帶電粒子動能的增量． ①在勻強電場中：； ②在非勻強電場中： （2）帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) ①條件分析：帶電粒子垂直于電場線方向進入勻強電場． ②運動性質(zhì)：勻變速曲線運動． ③處理方法：分解成相互垂直的兩個方向上的直線運動，類似于平拋運動． ④運動規(guī)律： 沿初速度方向做勻速直線運動，運動時間：能穿過電場時；不能穿過電電場時 沿電場力方向，做勻加速直線運動： 加速度 離開電場時的偏移量 離開電場時的偏轉(zhuǎn)角的正切 （3）帶電粒子在電場中做直線運動(加速或減

4、速)的方法： ①能量方法——能量守恒定律； ②功能關(guān)系——動能定理； ③力和加速度方法——牛頓運動定律，勻變速直線運動公式。 （4）帶電粒子在電場中的運動的觖題思路 帶電粒子在電場中的運動，綜合了靜電場和力學(xué)的知識，分析方法和力學(xué)的分析方法基本相同：先分析受力情況再分析運動狀態(tài)和運動過程；然后選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律解題。 ①由于帶電微粒在勻強電場中所受電場力與重力都是恒力，因此其處理方法可用正交分解法．先將復(fù)雜的運動分解為兩個互相正交的簡單的直線運動，而這兩個直線運動的規(guī)律我們可以掌握，然后再按運動合成的觀點，去求出復(fù)雜運動的相關(guān)物理量． ②用能量觀點處理帶電粒子在復(fù)合場中的運動，從功能

5、觀點出發(fā)分析帶電粒子的運動問題時，在對帶電粒子受力情況和運動情況進行分析的基礎(chǔ)上，再考慮應(yīng)用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律(動能定理、能量轉(zhuǎn)化守恒定律等)解題． （5）帶電粒子在交變電場中的運動 這是一類力學(xué)和電學(xué)的綜合類問題，解決此類問題，仍然遵循力學(xué)的處理思路、方法、規(guī)律，但是交變電壓的周期性變化，勢必會引起帶電粒子的某個運動過程和某些物理量的周期性變化，所以應(yīng)注意： ①分過程解決．“一個周期”往往是我們的最佳選擇． ②建立模型．帶電粒子的運動過程往往能在力學(xué)中找到它的類似模型． ③正確的運動分析和受力分析：合力的變化影響粒子的加速度(大小、方向)變化，而物體的運動性質(zhì)則由加速度和速度的方向關(guān)系

6、確定． 【母題1】如圖所示，一個質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子從兩帶電平行板的正中間沿與勻強電場垂直的方向射入，不計粒子所受的重力．當(dāng)粒子的入射速度為v時，它恰能穿過一電場區(qū)域而不碰到金屬板上．現(xiàn)欲使質(zhì)量為m、入射速度為v/2的粒子也能恰好穿過這一電場區(qū)域而不碰到金屬板，在以下的僅改變某一物理量的方案中，不可行的是 （ ） A．使粒子的帶電量減少為原來的1/4 B．使兩板間所接電源的電壓減小到原來的一半 C．使兩板間的距離增加到原來的2倍 D．使兩極板的長度減小為原來的一半 【母題2】如圖所示，A板發(fā)出的電子經(jīng)加速后，水平射入水平放置的兩平行金屬板間，金屬板間所加的電壓為U。電

7、子最終打在熒光屏P上，關(guān)于電子的運動，下列說法中正確的是 A．滑動觸頭向右移動時，電子打在P上的位置上升 B．滑動觸頭向左移動時，電子打在P上的位置上升 C．電壓U增大時，電子從發(fā)出到打在P上的時間不變 D．電壓U增大時，電子打在P上的速度大小不變 【答案】BC 【解析】由題意知，電子在加速電場中運動時：，得：；電子在偏轉(zhuǎn)電場中做【母題3】如圖所示，在兩條豎直邊界線所圍的勻強電場中，一個不計重力的帶電粒子從左邊界的 P 點以某一水平速度射入電場，從右邊界的 Q 點射出，下列判斷正確的有 A．粒子帶正電 B．粒子做勻速圓周運動 C．粒子電勢能增大 D．若增大電場強度粒

8、子通過電場的時間變大 【母題4】a、b、c三個α粒子由同一點垂直場強方向進入偏轉(zhuǎn)電場，其軌跡如圖所示，其中b恰好飛出電場，由此可以肯定（ ） A．在b飛離電場的同時，a剛好打在負(fù)極板上 B．進入電場時，c的速度最大，a的速度最小 C．b和c同時飛離電場 D．動能的增量相比，a的最小，b和c的一樣大 【母題5】如圖所示，空間存在勻強電場，方向豎直向下，從絕緣斜面上的M點沿水平方向拋出一帶電小球，最后小球落在斜面上的N點。已知小球的質(zhì)量為m、初速度大小為v0、斜面傾角為θ，電場強度大小未知。則下列說法中正確的是 A．可以判斷小球一定帶正電荷 B．可以求出小球落到N點時速度

9、的方向 C．可以分別求出小球到達(dá)N點過程中重力和靜電力對小球所做的功 D．可以斷定，當(dāng)小球的速度方向與斜面平行時，小球與斜面間的距離最大 【母題6】如圖所示，P、Q為相距較近的一對平行金屬板，間距為2d，OO′為兩板間的中線。一束相同的帶電粒子，以初速度從O點射入P、Q間，的方向與兩板平行。如果在P、Q間加上方向豎直向上、大小為E的勻強電場，則粒子束恰好從P板右端的a點射出；如果在P、Q間加上方向垂直紙面向外、大小為B的勻強磁場，則粒子束將恰好從Q板右端的b點射出。不計粒子的重力及粒子間的相互作用力，如果同時加上上述的電場和磁場，則（ ） A. 粒子束將沿直線OO′運動 B

10、. 粒子束將沿曲線運動，射出點位于O′點上方 C. 粒子束將沿曲線運動，射出點位于O′點下方 D. 粒子束可能沿曲線運動，但射出點一定位于O′點 【母題7】正對著并水平放置的兩平行金屬板連接在如圖電路中，板長為l，板間距為d，在距離板的右端 2l 處有一豎直放置的光屏 M。D為理想二極管（即正向電阻為0，反向電阻無窮大），R為滑動變阻器，R0為定值電阻。將滑片P置于滑動變阻器正中間，閉合電鍵S，讓一帶電量為q、質(zhì)量為m的質(zhì)點從兩板左端連線的中點N以水平速度v0射入板間，質(zhì)點未碰極板，最后垂直打在 M 屏上。在保持電鍵S閉合的情況下，下列分析或結(jié)論正確的是( ) A．質(zhì)點在板間

11、運動的過程中與它從板的右端運動到光屏的過程中速度變化相同 B．板間電場強度大小為 C．若僅將滑片P向下滑動一段后，再讓該質(zhì)點從N點以水平速度v0射入板間，質(zhì)點依然會垂直打在光屏上 D．若僅將兩平行板的間距變大一些，再讓該質(zhì)點從N點以水平速度v0射入板間，質(zhì)點依然會垂直打在光屏上 【母題8】如圖所示，在正方形ABCD區(qū)域內(nèi)有平行于AB邊的勻強電場，E、F、G、H是各邊中點，其連線構(gòu)成正方形，其中P點是EH的中點。一個帶正電的粒子（不計重力）從F點沿FH方向射入電場后恰好從D點射出。以下說法正確的是（ ） A．粒子的運動軌跡一定經(jīng)過P點 B．粒子的運動軌跡一定經(jīng)過PH之間某

12、點 C．若將粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼囊话耄Ｗ訒蒃D之間某點從AD邊射出 D．若將粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼囊话?，粒子恰好由E點從AD邊射出 【母題9】如圖所示，邊長為L的正方形abcd區(qū)域內(nèi)有場強大小為E的勻強電場，電場方向與正方形的一條邊平行（圖中未畫出）。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子由ad邊中點，以垂直該邊的速度v進入該正方形區(qū)域，若不計粒子的重力，則該粒子再次從該正方形區(qū)域射出時，具有的動能可能是 【母題10】某同學(xué)設(shè)計了一種靜電除塵裝置，如圖1所示，其中有一長為L、寬為b、高為d的矩形通道，其前、后面板為絕緣材料，上、下面板為金屬材料。圖2是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定為U的高壓直流電源相連。帶負(fù)電的塵埃被吸入矩形通道的水平速度為v0，當(dāng)碰到下板后其所帶電荷被中和，同時被收集。將被收集塵埃的數(shù)量與進入矩形通道塵埃的數(shù)量的比值，稱為除塵率。不計塵埃的重力及塵埃之間的相互作用。要增大除塵率，則下列措施可行的是 A．只增大電壓U B．只增大長度L C．只增大高度d D．只增大塵埃被吸入水平速度v0