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(yùn)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(yùn)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(yùn)動軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點(diǎn)，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(diǎn)處的加速度方向正確的是 A．M點(diǎn) B．N點(diǎn) C．P點(diǎn) D．Q點(diǎn) 【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(qiáng)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(yùn)動，T時刻微粒恰好經(jīng)金屬邊緣飛出。微粒運(yùn)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(yùn)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(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動時遵循的規(guī)律，涉及重力、電場力、類平拋運(yùn)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(yùn)用運(yùn)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(yùn)動問題。帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)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(qiáng)磁場中運(yùn)動命題。 【得分要點(diǎn)】（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(qiáng)電場中：； ②在非勻強(qiáng)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(jìn)入勻強(qiáng)電場． ②運(yùn)動性質(zhì)：勻變速曲線運(yùn)動． ③處理方法：分解成相互垂直的兩個方向上的直線運(yùn)動，類似于平拋運(yùn)動． ④運(yùn)動規(guī)律： 沿初速度方向做勻速直線運(yùn)動，運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動定律，勻變速直線運(yùn)動公式。 （4）帶電粒子在電場中的運(yùn)動的觖題思路 帶電粒子在電場中的運(yùn)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(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)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(qiáng)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(yùn)動分解為兩個互相正交的簡單的直線運(yùn)動，而這兩個直線運(yùn)動的規(guī)律我們可以掌握，然后再按運(yùn)動合成的觀點(diǎn)，去求出復(fù)雜運(yùn)動的相關(guān)物理量． ②用能量觀點(diǎn)處理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，從功能

5、觀點(diǎn)出發(fā)分析帶電粒子的運(yùn)動問題時，在對帶電粒子受力情況和運(yùn)動情況進(jìn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動過程往往能在力學(xué)中找到它的類似模型． ③正確的運(yùn)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(yùn)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(qiáng)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(yùn)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(yùn)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(qiáng)電場中，一個不計重力的帶電粒子從左邊界的 P 點(diǎn)以某一水平速度射入電場，從右邊界的 Q 點(diǎn)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(yùn)動 C．粒子電勢能增大 D．若增大電場強(qiáng)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(diǎn)垂直場強(qiáng)方向進(jìn)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(jìn)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(qiáng)電場，方向豎直向下，從絕緣斜面上的M點(diǎn)沿水平方向拋出一帶電小球，最后小球落在斜面上的N點(diǎn)。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(qiáng)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(diǎn)時速度

9、的方向 C．可以分別求出小球到達(dá)N點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)電場，則粒子束恰好從P板右端的a點(diǎn)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(qiáng)磁場，則粒子束將恰好從Q板右端的b點(diǎn)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(yùn)動 B

10、. 粒子束將沿曲線運(yùn)動，射出點(diǎn)位于O′點(diǎn)上方 C. 粒子束將沿曲線運(yùn)動，射出點(diǎn)位于O′點(diǎn)下方 D. 粒子束可能沿曲線運(yùn)動，但射出點(diǎn)一定位于O′點(diǎn) 【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(diǎn)從兩板左端連線的中點(diǎn)N以水平速度v0射入板間，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)在板間

11、運(yùn)動的過程中與它從板的右端運(yùn)動到光屏的過程中速度變化相同 B．板間電場強(qiáng)度大小為 C．若僅將滑片P向下滑動一段后，再讓該質(zhì)點(diǎn)從N點(diǎn)以水平速度v0射入板間，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)從N點(diǎn)以水平速度v0射入板間，質(zhì)點(diǎn)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(qiáng)電場，E、F、G、H是各邊中點(diǎn)，其連線構(gòu)成正方形，其中P點(diǎn)是EH的中點(diǎn)。一個帶正電的粒子（不計重力）從F點(diǎn)沿FH方向射入電場后恰好從D點(diǎn)射出。以下說法正確的是（ ） A．粒子的運(yùn)動軌跡一定經(jīng)過P點(diǎn) B．粒子的運(yùn)動軌跡一定經(jīng)過PH之間某

12、點(diǎn) 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(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)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(diǎn)，以垂直該邊的速度v進(jìn)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(jìn)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