2022年高考物理经典例题专题剖析 .pdf

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1、学习必备欢迎下载2010 年高考二轮复习物理经典例题专题剖析：带电粒子在场中的运动例 1如图所示，在某水平方向的电场线AB上 ( 电场线方向未标明) ，将一受到水平向右恒定拉力的带电粒子（不计重力）在A 点由静止释放，带电粒子沿AB方向开始运动，经过B点时的速度恰好为零，则下列结论正确的有（）A粒子在A 、B两点间移动时，恒力做功的数值大于粒子在AB两点间电势能差的绝对值B可能 A点的电势高于B点的电势，也可能A点的电势低于B点的电势CA处的场强可能大于B处的场强D粒子的运动不可能是匀速运动，也不可能是匀加速运动解析 ：根据动能定理，恒力做的正功跟电场力做的负功，数值相等，即恒力做功跟电势能之

2、差的绝对值应相等，A错误；带电粒子从A点由静止开始向B运动，经过 B点时速度为零，这表明带电粒子在恒力和电场力作用下先做加速运动后做减速运动，因此粒子的运动不可能是匀速运动。同时表明电场力的方向向左。粒子先做加速运动，说明水平向右的恒力大于水平向左的电场力，后做减速运动，表明后来水平向左的电场力大于水平向右的恒力，因此粒子不可能做匀加速运动，D选项正确；粒子在B处受到的电场力比A处大，因此B处的场强大于 A处的场强， C选项错误；如粒子带正电，电场线方向应由B指向 A、B点电势高于A点电势；如粒子带负电，电场线方向应由A指向 B，A点电势高于B点电势。因此， A、B两点电势的高低无法判断。答案

3、 ：BD点评 ：此题是动力学观点与电场性质、能量观点等知识点的综合应用判断题目。例 2 如图所示的装置是在竖直平面内放置光滑的绝缘轨道，处于水平向右的匀强电场中，以带负电荷的小球从高h 的 A处静止开始下滑，沿轨道ABC运动后进入圆环内作圆周运动。已知小球所受到电场力是其重力的3/4 ，圆环半径为R，斜面倾角为=53， sBC=2R。若使小球在圆环内能作完整的圆周运动，h 至少为多少？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页学习必备欢迎下载解析 ： 小球所受的重力和电场力都为恒力，故可两力等效为一个力F， 如图可知F1.2

4、5mg，方向与竖直方向左偏下37o，从图中可知，能否作完整的圆周运动的临界点是能否通过D点，若恰好能通过D点，即达到D点时球与环的弹力恰好为零。由圆周运动知识得：RvmFD2即：RvmmgD225.1由动能定理有：221)37sin2cot(43)37cos(DmvRRhmgRRhmg联立可求出此时的高度h=10R点评 ：用极限法通过分析两个极端（临界）状态，来确定变化范围，是求解“范围类”问题的基本思路和方法。当F供=F需时，物体做圆周运动；当F供F需时物体做向心运动；当F供F需时物体做离心运动，这是分析临界问题的关键。例 3如图所示， 竖直固定的光滑绝缘的直圆筒底部放置一场源A，其电荷量Q

5、 = 4103 C，场源电荷A形成的电场中各点的电势表达式为rQkU，其中 k 为静电力恒量，r 为空间某点到A的距离有一个质量为m = 0.1 kg 的带正电小球B，B球与 A球间的距离为a = 0.4 m ， 此时小球 B处于平衡状态， 且小球 B在场源 A形成的电场中具有的电势能表达式为rQqk，其中 r 为 q 与 Q之间的距离。有一质量也为m的不带电绝缘小球C从距离 B的上方 H = 0.8 m处自由下落，落在小球B上立刻也小球B粘在一起向下运动，它们到达最低点后又向上运动，它们向上运动到达的最高点P。 （取 g = 10 m/s2，k = 9 109Nm2/C2） ，求：(1) 小

6、球 C与小球 B碰撞后的速度为多少？(2) 小球 B的带电量q 为多少？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页学习必备欢迎下载(3)P 点与小球A之间的距离为多大？(4) 当小球 B和 C一起向下运动与场源A距离多远时，其速度最大？速度的最大值为多少？解析 ：(1) 小球 C自由下落H距离的速度v0 = gH2= 4 m/s小球 C与小球 B发生碰撞，由动量守恒定律得：mv0 = 2mv1，所以 v1 = 2 m/s(2) 小球 B在碰撞前处于平衡状态，对B球进行受力分析知：2aqQkmg代入数据得：81094qC(3)

7、C 和 B向下运动到最低点后又向上运动到P点，运动过程中系统能量守恒，设P与 A之间的距离为x，由能量守恒得：xQqkaxmgaQqkmv)(222121代入数据得： x = (0.452) m （或 x = 0.683 m）(4) 当 C和 B向下运动的速度最大时，与A之间的距离为y，对 C和 B整体进行受力分析有：22yQqkmg，代入数据有：y = 52m （或 y = 0.283 m）由能量守恒得：yQqkyamgmvaQqkmv)(22212212m21代入数据得：m/s2816mv（或 vm = 2.16 m/s）点评 ：此题是动量守恒和能量守恒与电学知识的综合。例 4 质谱仪是一

8、种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示。离子源 S产生带电量为q 的某种正离子，离子产生出来时速度很小，可以看作是静止的。粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后经过小孔S2和 S3后沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。(1) 小孔 S1和 S2处的电势比较， 哪处的高？q在小孔 S1和 S2处的电势能， 哪处高？如果精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页学习必备欢迎下载容器 A接地且电势为0，则小孔S1和 S2处的电势各为多少？( 设小孔极小，

9、其电势和小孔处的电极板的电势相同)(2) 求粒子进入磁场时的速率和粒子在磁场中运动的轨道半径。(3) 如果从容器下方的S1小孔飘出的是具有不同的质量的带电量为q 的正离子， 那么这些粒 子 打 在 照相 底 片 的同一位 置 ， 还是 不 同 位置？如 果 是 不同 位 置 ，那么质 量 分 别为,.3,2, 1,mmmm的粒子在照相底片的排布等间距吗？写出说明。解析 ： (1) 由于电荷量为带正电的粒子，从容器下方的S1小孔飘入电势差为U的加速电场，要被加速， S1和 S2处的电势比较，S1处的高，从小孔S1到 S2电场力做正功，电势能减小，所以粒子在小孔S1处的电势能高于在S2处。如果容器

10、A接地且电势为0，而小孔S1和 S2处的电势差为 U，所以小孔S1和 S2处的电势各为0 和-U。(2) 设从容器下方的S1小孔飘出的是具有不同的质量的电荷量为q的粒子，到达S2的速度为 v，经 S3进入射入磁场区，根据能量守恒，有qUmv221 v=mqU2设粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径为R，由洛伦兹力公式和牛顿定律得：qBvRvm2qUmBqBmvR21(3) 在磁场中偏转距离d=qUmBqBmvR2222由于是具有不同的质量的粒子，所以距离d 不同，这些粒子打在照相底片的不同位置。从 上 式 可 以 看 出 ， 在 磁 场 中 偏 转 距 离d 与 质 量 的 平 方 根 成

11、 正 比 ， 所 以 质 量 分 别 为,.3,2, 1,mmmm的粒子在照相底片的排布间距不等。点评 ：此题是与质谱仪相关的一道习题，考查了学生对基本物理模型的理解和掌握。例 5某同学家中旧电视机画面的幅度偏小，维修店的技术人员检查后诊断为显像管或偏转线圈出了故障。通过复习，他知道显像管的简要工作原理是阴极K 发射的电子束经高压加速电场（电压为U）加速后，进入放置在其颈部的偏转线圈形成的偏转磁场中偏转，偏转后的电子轰击荧光屏，荧光粉受激发而发光，如图所示是显象管工作原理的示意图。已知阴极k发射出的电子束（初速度可视为零）经高压加速电压U = 22.5 KV加速后（电子从阴极到阳极的过程为加速

12、过程） ，正对圆心进入磁感应强度为B，半径为r 的圆形匀强磁场区，偏转后打在荧光屏P上。 ( 电子的电量为q = - 1.6 10-19C，质量 m = 0.91 10-30kg) 。请你帮他讨论回答下列问题：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页学习必备欢迎下载(1) 电子在 A处和 B处的电势能，哪处高？电场力对电子做的功为多少？电子到达阳极的速度为多少？(2) 若电子的荷质比为K，电子通过圆形磁场区过程的偏转角 是多大？ ( 用字母表示 )(3) 试帮助维修店的技术人员分析引起故障的原因可能是什么？解析 ：(1)

13、在电子从阴极A到阳极 B的过程中要被加速，A和 B处的电势比较，A处的高，电场力做正功，电势能减小，所以粒子在小孔A高于 B处的电势能。WAB = q U =1.610-1922.5103=3.610-15 J ，是正功由221mvW得30151091.0106.322mWvm / s = 8.9 10 7 m / s(2) 电子被加速221mvUe电子在磁场中偏转的轨道半径如图，BKvBemvR而图中 =2，又Rrtan由以上四式可得UKrB2arctan2由UKrB2arctan2知，偏转 越大，偏转量越大，荧光屏上的画面幅度越大。由此可见，故障的原因可能是：加速电场的电压过高；偏转线圈的

14、电流过小；偏转线圈匝间短路，线圈匝数减少，偏转磁场减弱。点评 ：此题是一道带电粒子的实际应用题型，考查了带电粒子在电场中的加速、有界圆精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页学习必备欢迎下载形磁场中的偏转，运动过程多，需要细致准确的分析和做图。例 6如图所示，在半径为R的绝缘圆筒内有匀强磁场，方向垂直纸面向里，圆筒正下方有小孔C与平行金属板M 、N相通。两板间距离为d，两板与电动势为E的电源连接，一带电量为 q、质量为m的带电粒子（重力忽略不计），开始时静止于C点正下方紧靠N板的 A点，经电场加速后从C点进入磁场，并以最短

15、的时间从C点射出。已知带电粒子与筒壁的碰撞无电荷量的损失，且碰撞后以原速率返回。求：(1) 筒内磁场的磁感应强度大小；(2) 带电粒子从A点出发至重新回到A点射出所经历的时间。解析 ：(1) 带电粒子从C孔进入，与筒壁碰撞2 次再从 C孔射出经历的时间为最短。由 qE12 mv2粒子由 C孔进入磁场，在磁场中做匀速圆周运动的速率为v2qEm由 r mvqB由几何关系有Rcot30 r 得 B1R2mE3q(2) 粒子从 A C的加速度为aqEmd 由 dat12/2 ，粒子从AC的时间为 t12da=d2mqE粒子在磁场中运动的时间为t2T2 m qB 得 t2R3m2qE求得 t 2t1t2

16、mqE（22d +32R）点评：此题是电场、磁场和碰撞有机结合在一起的题目，需要对带电粒子的运动有一个准确的分析和求解。例 7如图所示，M 、N为两块带等量异种电荷的平行金属板，S1、S2为板上正对的小孔，N板右侧有两个宽度均为d 的匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于纸面向里和向外，磁场区域右侧有一个荧光屏，取屏上与S1、S2共线的 O点为原点，向下为正方向建立 x 轴。板左侧电子枪发射出的热电子经小孔S1进入两板间，电子的质量为m ，电荷量为e，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页学习必备欢迎下载初速

17、度可以忽略。求：(1) 当两板间电势差为U0时，求从小孔S2射出的电子的速度v0；(2) 两金属板间电势差U在什么范围内，电子不能穿过磁场区域而打到荧光屏上；(3) 电子打到荧光屏上的位置坐标x 和金属板间电势差U的函数关系。解析 ：(1) 根据动能定理，得20012eUmv解得002eUvm(2) 欲使电子不能穿过磁场区域而打在荧光屏上，应有mvrdeB而212eUmv由此即可解得222d eBUm(3) 若电子在磁场区域做圆周运动的轨道半径为r ，穿过磁场区域打在荧光屏上的位置坐标为 x，则由轨迹图可得2222xrrd注意到mvreB和212eUmv所以，电子打到荧光屏上的位置坐标x 和金

18、属板间电势差U的函数关系为222222( 22)()2d eBxemUemUd e BUeBm点评 ：此题是电场中加速、两有界磁场结合一起的题目，需要对带电粒子的运动进行分析和讨论，对临界情况有一准确的判断，从而得出正确的结论。例 8如图所示，在地面附近有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场。磁感应强度为 B，方向水平并垂直纸面向外。一质量为m 、带电量为q 的带电微粒在此区域恰好作速度大小为v 的匀速圆周运动。 （重力加速度为g）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页学习必备欢迎下载(1) 求此区域内电场强度的大

19、小和方向。(2) 若某时刻微粒运动到场中距地面高度为H的 P点，速度与水平方向成45，如图所示。则该微粒至少须经多长时间运动到距地面最高点？最高点距地面多高？(3) 在(2) 问中微粒又运动P点时，突然撤去磁场，同时电场强度大小不变，方向变为水平向右，则该微粒运动中距地面的最大高度是多少？解析 ：(1) 带电微粒在做匀速圆周运动，电场力与重力应平衡，因此：mg=Eq 解得：mgEq方向：竖直向下(2) 粒子作匀速圆周运动，轨道半径为R，如图所示。2vqBvmR最高点与地面的距离：(1cos45 )mHHR解得：2(1)2mmvHHBq该微粒运动周期为：BqmT2运动到最高点所用时间为：3384mtTBq(3) 设粒子升高度为h，由动能定理得：02cot45mghEqhmv10-2解得：224mvvhmgEqg2（）微粒离地面最大高度为：24vHg点评 ：此题考查了带电粒子在重力场、电场和磁场三场并存情况的分析，需要进行准确的动力学分析，综合应用知识求解。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页