第十章 静电场中的能量 专题一 带电粒子在电场中的运动-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册作业与测评word（人教版2019）

专题一　带电粒子在电场中的运动 带电粒子在电场中运动时，是否要考虑重力，应根据题意分析。题目有时会明确指出是否考虑重力，有时则需要根据粒子的运动特点分析是否要考虑重力。 1．带电粒子在电场中做直线运动 (1)匀速直线运动：带电粒子受到的合力一定等于零，即所受到的静电力与其他力平衡。 (2)匀变速直线运动：带电粒子受到的合力恒定且与其初速度方向共线。 2．带电粒子在电场中做匀变速曲线运动 (1)如果带电粒子的初速度方向与合力方向垂直，则粒子做类平抛运动；如果带电粒子的初速度方向与合力方向既不平行又不垂直时，粒子做类斜抛运动。 (2)分析带电粒子在电场中做匀变速曲线运动时通常需要分解力或分解运动。 3．带电粒子在交变电场中运动：一般根据交变电场的特点分段研究，注意抓住周期性和空间上的对称性。 4．带电粒子在电场中做圆周运动 (1)解决电场(复合场)中的圆周运动问题，关键是分析向心力的来源——指向圆心的合力提供向心力，向心力有可能是重力和静电力的合力，也有可能是单独的重力或静电力。 (2)在匀强电场中可以把重力和静电力合成为一个等效重力，找出等效“最高点”和“最低点”进行分析。 典型考点一　带电粒子在电场中的直线运动 1．(多选)如图所示，有一质量为m、电荷量为q的油滴，被置于竖直放置的两平行金属板间的匀强电场中。设油滴是从两板中间位置以初速度为零进入电场的，且两板足够长，可以判定(　　) A．油滴在电场中做抛物线运动 B．油滴在电场中做匀加速直线运动 C．油滴打在极板上的运动时间只取决于电场强度和两板间的距离 D．油滴打在极板上的运动时间不仅取决于电场强度和两板间的距离，还取决于油滴的比荷 答案　BD 解析　油滴从静止开始运动，受重力和静电力作用，两个力都是恒力，所以合力是恒力，油滴在恒力作用下做初速度为零的匀加速直线运动，A错误，B正确；在水平方向上有＝··t2，得t＝，故油滴打在极板上的运动时间取决于电场强度、两板间的距离和油滴的比荷，C错误，D正确。 2.如图所示，某一空间为真空，只有水平向右的匀强电场和竖直向下的重力场，在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒，恰能沿图示虚线由A向B做直线运动。那么(　　) A．微粒只能带正电荷 B．微粒一定做匀减速直线运动 C．仅改变初速度的方向微粒仍做直线运动 D．运动中微粒的电势能保持不变 答案　B 解析　带电微粒恰能沿图示虚线由A向B做直线运动，则微粒所受的合力一定与初速度在一条直线上，微粒如果带正电，静电力方向向右，合力不可能与初速度在一条直线上，则微粒必带负电，故A错误；微粒受向左的静电力与向下的重力，则合力方向一定与初速度方向相反，微粒做匀减速直线运动，故B正确；改变初速度的方向，合力方向和初速度方向可能不在同一直线上，故微粒可能做曲线运动，C错误；微粒带负电，由A到B静电力做负功，电势能增加，故D错误。 典型考点二　带电粒子在电场中的匀变速曲线运动 3.(多选)如图所示，M、N是竖直放置的两平行金属板，分别带等量异种电荷，两板间产生一个水平向右的匀强电场，场强为E，一质量为m、电荷量为＋q的微粒，以初速度v0竖直向上从两板正中间的A点射入匀强电场中，微粒垂直打到N板上的C点。已知AB＝BC。不计空气阻力，则可知(　　) A．微粒在电场中做抛物线运动 B．微粒打到C点时的速率与射入电场时的速率相等 C．M、N板间的电势差为 D．M、N板间的电势差为 答案　AB 解析　由题意可知，微粒受水平向右的静电力qE和竖直向下的重力mg作用，合力恒定且与v0不共线，所以微粒在电场中做抛物线运动，故A正确；因AB＝BC，即·t＝·t，可知vC＝v0，故B正确；设AB＝x，则v＝2ax，a＝，E＝，得U＝＝，故C错误；又由题意可知v＝2gx，故q＝，代入U＝，得U＝，故D错误。 4.如图所示，一水平放置的两平行金属板板长L＝1.0 m，板间距离d＝0.06 m，上板带正电，下板带负电，有一质量m＝0.1 g、电荷量q＝－4×10－7 C的微粒沿水平方向从两板中央处以v0＝10 m/s的初速度射入两板间匀强电场，要使带电微粒能穿出极板，求两板间电压值的范围。(不计空气阻力，g取10 m/s2) 答案　60 V<U<240 V 解析　带电微粒在板间受静电力和重力的作用，做类平抛运动。当微粒刚好打中下板右边缘时， 有v0t＝L，a1t2＝ 可得a1＝＝ m/s2＝6.0 m/s2 对微粒，有mg－＝ma1 所以U1＝ ＝ V＝60 V。 当微粒刚好打中上板右边缘时，有 v0t＝L，a2t2＝ 可得a2＝＝6.0 m/s2 对微粒，有－mg＝ma2 所以U2＝ ＝ V＝240 V。 要使带电微粒能穿出极板，则两板间的电压U应满足：U1<U<U2，即60 V<U<240 V。 典型考点三　带电粒子在交