2023届高考物理二轮复习专题讲义;电场与磁场-带电粒子在电场中的加速与偏转

带电粒子在电场中的加速与偏转 本专题主要讲解带电粒子（带电体）在电场中的直线运动、偏转，以及带电粒子在交变电场中运动等相关问题，强调学生对于直线运动、类平抛运动规律的掌握程度。高考中重点考查学生利用动力学以及能量观点解决问题的能力，对于学生的相互作用观、能量观的建立要求较高。 探究1带电粒子在电场中的直线运动 典例1：（2021湖南联考）如图所示，空间存在两块平行的彼此绝缘的带电薄金属板A、B，间距为d，中央分别开有小孔O、P。现有甲电子以速率v0从O点沿OP方向运动，恰能运动到P点。若仅将B板向右平移距离d，再将乙电子从P′点由静止释放，则（  ） A．金属板A、B组成的平行板电容器的电容C不变 B．金属板A、B间的电压减小 C．甲、乙两电子在板间运动时的加速度相同 D．乙电子运动到O点的速率为2v0 训练1：（2022四川联考题）多反射飞行时间质谱仪是一种测量离子质量的新型实验仪器，其基本原理如图所示，从离子源A处飘出的离子初速度不计，经电压为U的匀强电场加速后射入质量分析器。质量分析器由两个反射区和长为l的漂移管（无场区域）构成，开始时反射区1、2均未加电场，当离子第一次进入漂移管时，两反射区开始加上电场强度大小相等、方向相反的匀强电场，其电场强度足够大，使得进入反射区的离子能够反射回漂移管。离子在质量分析器中经多次往复即将进入反射区2时，撤去反射区的电场，离子打在荧光屏B上被探测到，可测得离子从A到B的总飞行时间。设实验所用离子的电荷量均为q，不计离子重力。 （1）求质量为m的离子第一次通过漂移管所用的时间T1； （2）反射区加上电场，电场强度大小为E，求离子能进入反射区的最大距离x； （3）已知质量为m0的离子总飞行时间为t0，待测离子的总飞行时间为t1，两种离子在质量分析器中反射相同次数，求待测离子质量m1。 探究2 带电粒子在电场中的偏转 典例2:（2022北京月考）让氕核（）和氘核（）以相同的动能沿与电场垂直的方向从ab边进入矩形匀强电场（方向沿a→b，边界为abcd，如图所示）。已知两种粒子均能从cd边离开偏转电场，不计粒子的重力，则（　　） A．两种粒子进入电场时的速度相同 B．两种粒子在电场中运动的加速度相同 C．两种粒子离开电场时的动能相同 D．两种粒子离开电场时的速度方向不同 训练2：（2022广东月考）喷墨打印机的原理示意图如图所示，其中墨盒可以喷出墨汁液滴，此液滴经过带电室时被带上负电，带电多少由计算机按字体笔画高低位置输入信号加以控制。带电后液滴以一定的初速度进入偏转电场，带电液滴经过偏转电场发生偏转后打到纸上，显示出字体。计算机无信号输入时，墨汁液滴不带电，径直通过偏转板最后注入回流槽流回墨盒。设偏转板长L1＝1.6cm，两板间的距离d＝0.5cm，两板间的电压U＝8.0×103V，偏转板的右端距纸的距离L2＝3.2cm。若一滴墨汁液滴的质量m＝1.6×10－10kg，墨汁液滴以v0＝20m/s的初速度垂直电场方向进入偏转电场，此液滴打到纸上的点距原入射方向的距离为2.0 mm。忽略空气阻力和重力作用。 （1）求这滴液滴通过带电室后所带的电量q。 （2）若要使纸上的字体放大，可通过调节两极板间的电压或调节偏转板右端距纸的距离L2来实现，现调节L2使纸上的字体放大10%，调节后偏转板的右端距纸的距离L2为多大？ 探究3 带电粒子在交变电场中的运动 典例3：（2022江西月考）如图甲所示，A板电势为0，A板中间有一小孔，B板的电势变化情况如图乙所示，一质量为m、电荷量为q的带负电粒子在t＝时刻以初速度为0从A板上的小孔处进入两极板间，仅在电场力作用下开始运动，恰好到达B板．则（　　） A．A、B两板间的距离为 B．粒子在两板间的最大速度为 C．粒子在两板间做匀加速直线运动 D．若粒子在t＝时刻进入两极板间，它将时而向B板运动，时而向A板运动，最终打向B板 训练3：（2022湖南期末）一对平行金属板长为L，两板间距为d，质量为m，电荷量为e的电子从平行板左侧以速度v0沿两板的中线不断进入平行板之间，两板间所加交变电压uAB如图所示，交变电压的周期，已知所有电子都能穿过平行板，且最大偏距的粒子刚好从极板的边缘飞出，不计重力作用，则（ ） A．所有电子都从右侧的同一点离开电场 B．不同时刻进入的电子离开电场时速度不相同 C．t＝0时刻进入电场的电子，离开电场时动能最大 D．t＝时刻进入电场的电子，在两板间运动时最大侧位移为 带电粒子在电场中的加速与偏转答案解析 典例1：关键信息：电子以速率v0从O点沿OP方向运动、恰能运动到P点 → 粒子做减速运动，未涉及时间可用动能定理处理相关的运动问题 仅将B板向右平移距离d → 平行板电容器动态变化问题（Q不变） 解题思路：根据平行板电容器