专题02 重力场和电场叠加综合分析-2020高考物理电学难点解析之带电物体在场中运动

《2020高考物理电学难点解析之带电物体在场中运动》 专题02 重力场和电场叠加综合分析 【方法总结】 本专题中物体处在重力场和电场叠加的物理情景中运动，主要通过运动的合成和分解、动能定理以及等效重力法解决。以下主要介绍等效重力法： 1．等效重力法 将重力与电场力进行合成，如图所示，则F合为等效重力场中的“重力”，g′＝为等效重力场中的“等效重力加速度”，F合的方向等效为“重力”的方向，即在等效重力场中的“竖直向下”方向． 2．物理最高点与几何最高点 在“等效力场”做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题．小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点不一定是几何最高点，而应是物理最高点．几何最高点是图形中所画圆的最上端，是符合人眼视觉习惯的最高点．而物理最高点是物体在圆周运动过程中速度最小(称为临界速度)的点．物理最高点与几何最高点有时一致，有时不一致． 【精选试题解析】 1. 如图所示，在水平向右的匀强电场中，质量为 的带电小球，以初速度v从 点竖直向上运动，通过 点时，速度大小为2v，方向与电场方向相反，则小球从 运动到 的过程 A．动能增加 B．机械能增加 C．重力势能增加 D．电势能增加 2. (多选)如图所示，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. 一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)．小孔正上方，则从P点开始下落的相同粒子将(　　)处的P点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未与极板接触)返回．若将下极板向上平移 A．打到下极板上 B．在下极板处返回 C．在距上极板处返回处返回 D．在距上极板 4. 在竖直平面内有水平向右、场强为E的匀强电场，在匀强电场中有一根长为L的绝缘细线，一端固定在O点，另一端系一质量为m的带电小球，它静止时位于A点，此时细线与竖直方向成37°角，如图所示。现对小球施加一沿与细线方向垂直的瞬时冲量，小球能绕O点在竖直平面内做完整的圆周运动。下列对小球运动的分析正确的是(不考虑空气阻力，细线不会缠绕在O点上)(　　) A．小球运动到C点时动能最小 B．小球运动到C点时细线拉力最小 C．小球运动到Q点时动能最大 D．小球运动到B点时机械能最大 5. 在竖直平面内有水平向右、电场强度为E＝1×104 N/C的匀强电场，在场中有一个半径为R＝2 m的光滑圆环，环内有两根光滑的弦AB和AC，A点所在的半径与竖直直径BC成37°角，质量为0.04 kg的带电小球由静止从A点释放，沿弦AB和AC到达圆周的时间相同。现去掉弦AB和AC，给小球一个初速度让小球恰能在竖直平面沿环内做圆周运动，取小球圆周运动的最低点为电势能和重力势能的零点，（cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2）下列说法正确的是(　　) A．小球所带电量为q＝3.6×10－5 C B．小球做圆周过程中动能最小值是0.5 J C．小球做圆周运动从B到A的过程中机械能逐渐减小 D．小球做圆周运动的过程中对环的最大压力是3.0 N 6. 空间存在一方向竖直向下的匀强电场，O、P是电场中的两点。从O点沿水平方向以不同速度 先后发射两个质量均为m的小球A、B。A不带电，B的电荷量为q（q>0）。A从O点发射时的速度大小为v0，到达P点所用时间为t；B从O点到达P点所用时间为 。重力加速度为g，求 （1）电场强度的大小； （2）B运动到P点时的动能。 7. 如图，竖直平面内（纸面）存在平行于纸面的匀强电场，方向与水平方向成θ＝ 60°角，纸面内的线段MN与水平方向成α＝30°角，MN长度为d。现将一质量为m、电荷量为q(q>0)的带电小球从M由静止释放，小球沿MN方向运动，到达N点的速度大小为vN（待求）；若将该小球从M点沿垂直于MN的方向，以大小vN的速度抛出，小球将经过M点正上方的P点（未画出），已知重力加速度大小为g，求： (l)匀强电场的电场强度E及小球在N点的速度vN； (2)M点和P点之间的电势差； (3)小球在P点动能与在M点动能的比值。 8. 如图所示，两水平面(虚线)之间的距离为H，其间的区域存在方向水平向右的匀强电场。自该区域上方的A点将质量均为m，电荷量分别为q和－q(q>0)的带电小球M、N先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出。小球在重力作用下进入电场区域，并从该区域的下边界离开。已知N离开