2022年高三物理总复习高中物理典型例题集锦四.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载高三物理总复习 高中物理典型例题集锦 四【电场部分 】 1 如图 22-1 所示, A、B 为平行金属板,两板相距为 d,分别与电源两极相连,两板的中心 各有小孔 M、N；今有一带电质点,自 A 板上方相距为 d 的 P 点由静止自由下落 P、M、N三点在同一竖直线上 ,空气阻力不计,到达 压不变,就：N点时速度恰好为零,然后按原路径返回；如保持两板间的电A如把 A板向上平移一小段距离,质点自 P点下落仍能返回；B如把 B板向下平移一小段距离,质点自 C如把 A板向上平移一小段距离,质点自 D如把 B板向下平移一小段距离,质点

2、自P点下落仍能返回；P点下落后将穿过 N孔连续下落；P点下落后将穿过 N孔连续下落；分析与解： 当开关 S始终闭合时, A、B 两板间的电压保持不变,当带电质点从 M向 N运动时,要克服电场力做功, W=qUAB,由题设条件知：带电质点由 克服电场力做的功相等,即：mg2d=qUABP到 N的运动过程中,重力做的功与质点如把 A板向上平移一小段距离,因UAB保持不变,上述等式仍成立,故沿原路返回,应选A；如把 B板下移一小段距离,因 以它将始终下落,应选 D；UAB保持不变,质点克服电场力做功不变,而重力做功增加,所由上述分析可知：选项 A和 D是正确的；想一想：在上题中如断开开关 S后,再移

3、动金属板,就问题又如何 . 选 A、B； 2 两平行金属板相距为 d,加上如图 23-1 b 所示的方波形电压,电压的最大值为 U0,周期为 T；现有一离子束,其中每个离子的质量为 m,电量为 q,从与两板等距处沿着与板平行的方向连续地射入两板间的电场中；设离子通过平行板所需的时间恰为 T 与电压变化周期相同 ,且全部离子都能通过两板间的空间打在右端的荧光屏上；试求：离子击中荧光屏上的位置的范畴； 也就是与 O点的最大距离与最小距离 ；重力忽视不计；名师归纳总结 第 1 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载分析与解：各个离

4、子在电场中运动时, 其水平分运动都是匀速直线运动,而经过电场所需时间都是T,但不同的离子进入电场的时刻不同,由于两极间电压变化,因此它们的侧向位移也会不同；当离子在 t =0,T,2T 时刻进入电场时, 两板间在 T/2 时间内有电压 U0,因而侧向做匀加速运动,其侧向位移为 y1,速度为 V；接着,在下一个 T/2 时间内,两板间没有电压,离子以 V 速度作匀速直线运动,侧向位移为 y2,如图 23-2 所示；这些离子在离开电场时,侧向位移有最大值,即 y1+y2 ；当离子在 T=t /2,3/2 T,5/2 T 时刻进入电场时, 两板间电压为零, 离子在水平方向做匀速直线运动,没有侧向位移

5、,经过T/2 时间后,两板间有电压U0,再经过 T/2 时间,有了侧向位移y1,如图 23-3 所示；这些离子离开电场时有侧向位移的最小值,即y1；当离子在上述两种特别时刻之外进入电场的,分析就可以求出侧向位移的最大值和最小值；所以,离子击中荧光屏上的位置范畴为：其侧向位移值肯定在 y1+y2 与 y1之间；依据上述3如图 24-1 所示, R1=R2=R3=R4=R,电键 S闭合时,间距为 d 的平行板电容器 C 的正中间有一质量为 m,带电量为 q 的小球恰好处于静止状态；电键 S 断开时,小球向电容器一个极板运动并发生碰撞,碰撞后小球带上与极板同种性质的电荷；设碰撞过程中没有机械能缺失,

6、小球反弹后恰好能运动到电容器另一极板；如不计电源内阻,求：量；1 电源的电动势, 2 小球与极板碰撞后的带电分析与解： 1 电键 S闭合时, R1、R3 并联与 R4串联, R2 中没有电流通过 UC=U4=2/3 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载对带电小球有： mg=qE=qUC/ d=2/3 q / d得： =3/2 mgd/ q2 电键 S 断开后, R1、R4串联,就UC= /2=3/4 mgd/ q 1 小球向下运动与下极板相碰后,小球带电量变为 q,向上运动到上极板,全过程由动能定理得

7、：mgd/2 qUC/2 mgd+qUC=0 2 由12 式解得： q=7q/6 ；4如图 28-1 所示, X 轴上方有匀强磁场 B,下方有匀强电场 E；电量为 q、质量为 m、重力不计的粒子 y 轴上； X 轴上有一点 N L.0 ,要使粒子在 y 轴上由静止释放而能到达 N点,问： 1 粒子应带何种电荷 . 2 释放点 M应满意什么条件 . 3 粒子从 M点运动到 N点经受多长的时间 . 分析与解：1 粒子由静止释放肯定要先受电场力作用 磁场对静止电荷没有作用力 ,所以 M点要在 - Y 轴上；要进入磁场必先向上运动, 静上的电荷要向上运动必需受到向上的电场力作用,而场强 E 方向是向下

8、的,所以粒子带负电；2 粒子在 M点受向上电场力,从静止动身做匀加速运动；在 O点进入匀强磁场后,只受洛仑兹力 方向沿 +X 轴 做匀速四周运动, 经半个周期, 回到 X轴上的 P点,进入匀强电场, 在电场力作用下做匀减速直线运动直到速度为零；然后再向上做匀加速运动,在 X轴上 P点进入匀强磁场,做匀速圆运动,经半个周期回到 X 轴上的 Q点,进入匀强电场,再在电场力作用下做匀减速运动直到速度为零；此后,粒子重复上述运动直到 X 轴上的 N点,运动轨迹如图 28-2 所示；设释放点 M的坐标为 0. yO ,在电场中由静止加速,就：qEyO= mV 2 1 在匀强磁场中粒子以速率 V做匀速圆周

9、运动,有： qBV=mV 2/ R 2 设 n 为粒子做匀速圆周运动的次数 正整数 就： L=n2R,所以 R=L/2 n 3 解123 式得： V=qBL/2 mn,所以 yO=qB 2L 2/8 n 2mE 式中 n 为正整数 3 粒子由 M运动到 N在电场中的加速运动和减速运动的次数为 2 n-1 次,每次加速或减速的时间都相等,设为 t 1,就： yO= at 1 2= qEt 1 2/ m所以 t1= 粒子在磁场中做匀速圆周运动的半周期为t 2,共 n 次, t 2= m/ qB粒子从 M点运动到 N点共经受的时间为：t =2n-1 t 1+nt 2=2n1 BL/2 nE+n m/

10、 qB n=1、2、3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载 5 平行金属,板长 1.4 米,两板相距 30 厘米,两板间匀强磁场的 B为 1.3 10-3 特斯拉,两板间所加电压随时间变化关系如 29-1 图所示；当 t =0 时,有一个 a 粒子从左侧两板中心以 V=4 10 3米/ 秒的速度垂直于磁场方向射入,如 29-2 图所示；不计 a 粒子的重力,求：该粒子能否穿过金属板间区域 .如不能,打在何处 .如能,就需多长时间 . 已知 a 粒子电量 q=3.2 10-19 库,质量 m=6.64

11、 10-27 千克 分析与解： 在t =0 到t =1 10-4 秒时间内, 两板间加有电压, a 粒子受到电场力和洛仑兹力分别为： F=qu/ d=q 1.56/0.3=5.2 q 方向竖直向下f =qBv=q 1.3 10-3 4 10 3=5.2 q 方向竖直向上因 F=f ,故做匀速直线运动,其位移为：S=v t =4 10 3 1 10-4=0.4 米在 t =1 10-4 秒到 t =2 10-4 秒时间内, 两板间无电场, a 粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动,其轨迹半径为：r =mv/ qB=6.64 10-27 4 103/3.2 10-19 1.3 10-3=6.37 1

12、0-2 米d/4 所以粒子不会与金属板相碰；面a 粒子做匀速圆周运动的周期为：T=2 m/ qB=2 3.14 6.64 10-27/3.2 10-19 1.3 10-3=1.0 10-4 秒2 个周期和第 3-4 秒 其运动轨迹就在不加电压的时间内, a 粒子恰好能在磁场中运动一周；当两板间又加上第个周期的电压时, a 粒子将重复上述的运动；故经13/4 周期飞出板外 t =6.5 10如 29-3 图所示； 6 如图 30-1 所示,虚线上方有场强为 E的匀强电场,方向竖直向下,虚线上下有磁感强度 相同的匀强磁场, 方向垂直纸面对外； ab 是一根长 L 的绝缘细杆,沿电场线放置在虚线上方

13、的场中,b 端在虚线上；将一套在杆上的举正电小球从 a 端由静止释放后,小球先是加速运动,后是匀速运 动就达 b 端；已知小球与绝缘杆间的动因摩擦数 =0.3 ,小球的重力可忽视不计； 当小球脱离杆进 入虚线下方后,运动轨迹是半圆,圆半径为 L/3 ；求：带电小球以 a 到 b 运动过程中克服摩擦力做 的功与电场力所做功的比值；分析与解： 1 带电小球在沿杆向下运动时,其受力情形如 30-2 图示；水平方向： F洛=N=qBV 1 竖直方向： qE=f 2 匀速运动时 又因 f = N 3 ,联立解 123 式得： qE=f = qBVb小球在磁场中作匀速圆周运动：qBVb=mVb 2/ R=

14、3mV 2/ L,所以 Vb=qBL/3 m名师归纳总结 小球从 a 到 b 运动过程中,由动能定理：W电- Wf= 2 mVb第 4 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载W电=qEL= qBVbL=0.3 qBL qBL/3 m=q 2B 2L 2/10 m所以,Wf=W电- mV 2=q 2B 2L 2/10 m- m/2 q 2B 2L 2/9 m 2=2q 2B 2L 2/45 m所以, Wf/ W电=2q 2B 2L 2/45 m/ q 2B 2L 2/10 m=4/9 ；7如图 31-1 所示,从阴极 K 射出

15、的电子经 U0=5000V的电势差加速后, 沿平行于板面的方向从中心射入两块长 L1=10cm,间距 d=4cm的平行金属板 AB之间；在离金属板边缘 L2=75cm处放置一个直径 D=20cm,带有记录纸的圆筒； 整个装置放在真空内,电子发射的初速度不计；2 如在两金属板上加1 如在金属板上加以 U1=1000V的直流电压 A 板电势高 后,为使绕中心轴按图示方向以 n=2 转/ 秒匀速转动； 试确定电子在记录纸上的轨迹外形,并画出 1 秒钟内 所记录到的图形；分析与解：偏转极板上 加恒定电压 U后,电子在电场中受到恒定的电场力作用, 故所加的磁场方向只要使运动电子所受到的洛仑兹力与电场力等

16、大反向即可；偏转极板上加上正弦沟通电后, 板间电场变为交变电场, 电子在板间的运动是水平方向作匀速直线运动,竖直方向作简谐运动；偏出极板后作匀速直线运动,电子到达圆筒后,在筒上留下的痕迹是电子在竖直方向的“ 扫描” 和圆筒匀速转动的合运动；据动能定理： eU0= mV 2,得电子加速后的入射速度为：V0= =4.2 10 7m/s 1 加直流电压时, A、B 两板间场强：E1=U1/ d=1000/4 10-2=2.5 10 4v/m 为使电子作匀速直线运动,应使电子所受电场力与洛仑兹力平稳,即：qE1=qBV0,得：B=E1/ V0=2.5 10 4/4.2 10 7=6 10-4T 方向为

17、垂直于纸面对里；2 加上沟通电压时, A、B 两板间场强为：名师归纳总结 E2=U2/ d=1000cos2 t/4 10-2=2.5 10 4cos2 t v/m 第 5 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载at 1 2= eE2/ m L1/ V02电子飞离金属板时的偏距为：y1= 电子飞离金属板时的竖直速度为：Vy=at 1=eE2/ m L1/ V0 从飞离板到到达筒的偏距：y2=Vyt 2= eE2/ m L1/ V0 L2/ V0= eE2L1L2/ mV0 2 所以在纸筒上的落点对入射方向的总偏距为： 如图 31-2 所示 y=y1+y2=L1/2+ L2 eE2L1/ mV 2= L1/2+ L2 L1U2/2 U0d =10/2+75 10-2 10 1000cos2 t/2 5000 4=0.20cos2 t m 可见,在记录纸上的点以振幅 0.20m,周期 T=2 / =1 秒而作简谐运动； 因圆筒每秒转 2 周 半秒转 1 周 ,故在 1 秒内,纸上的图形如图 31-3 所示；名师归纳总结 第 6 页,共 6 页- - - - - - -