
01、考情透視,目標(biāo)導(dǎo)航TOC \ "1-3" \h \u
\l "_Tc14038" 02、知識(shí)導(dǎo)圖,思維引航 PAGEREF _Tc14038 \h 1
03、考點(diǎn)突破,考法探究
\l "_Tc15616" 考點(diǎn)一 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) PAGEREF _Tc15616 \h 2
\l "_Tc15675" 知識(shí)點(diǎn)1.帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)問題的兩個(gè)重要結(jié)論 PAGEREF _Tc15675 \h 2
\l "_Tc15209" 知識(shí)點(diǎn)2.處理帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題的方法 PAGEREF _Tc15209 \h 3
\l "_Tc27502" 考點(diǎn)二 示波管的工作原理 PAGEREF _Tc27502 \h 5
\l "_Tc9760" 知識(shí)點(diǎn)1.確定最終偏移距離 PAGEREF _Tc9760 \h 5
\l "_Tc30330" 知識(shí)點(diǎn)2.確定偏轉(zhuǎn)后的動(dòng)能(或速度) PAGEREF _Tc30330 \h 5
\l "_Tc12181" 考點(diǎn)三 帶電粒子在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) PAGEREF _Tc12181 \h 7
\l "_Tc25508" 考點(diǎn)四 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) PAGEREF _Tc25508 \h 8
\l "_Tc18754" 04、真題練習(xí),命題洞見 PAGEREF _Tc18754 \h 11
考點(diǎn)一 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)
知識(shí)點(diǎn)1.帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)問題的兩個(gè)重要結(jié)論
(1)不同的帶電粒子從靜止開始經(jīng)過同一電場(chǎng)加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí),偏移量和偏轉(zhuǎn)角總是相同的。
證明:由qU0=eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)
y=eq \f(1,2)at2=eq \f(1,2)·eq \f(qU1,md)·
tan θ=eq \f(qU1l,mdveq \\al(2,0))
得y=eq \f(U1l2,4U0d),tan θ=eq \f(U1l,2U0d)
可見y和tan θ與粒子的q、m無關(guān)。
(2)粒子經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后射出,合速度方向的反向延長線與初速度延長線的交點(diǎn)O為粒子水平位移的中點(diǎn),即O到偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)邊緣的距離為eq \f(l,2)。
知識(shí)點(diǎn)2.處理帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題的方法
1.(多選)如圖所示,空間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),一個(gè)帶電粒子電荷量為q,以一定的水平初速度由P點(diǎn)射入勻強(qiáng)電場(chǎng),當(dāng)粒子從Q點(diǎn)射出電場(chǎng)時(shí),其速度方向與豎直方向成30°角。已知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)的寬度為d,P、Q兩點(diǎn)的電勢(shì)差為U,不計(jì)粒子重力,設(shè)Q點(diǎn)的電勢(shì)為零。則下列說法正確的是( )
A.帶電粒子在P點(diǎn)的電勢(shì)能為Uq
B.帶電粒子帶負(fù)電
C.勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E=eq \f(\r(3)U,3d)
D.勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E=eq \f(2\r(3)U,3d)
【答案】 AD
【解析】 粒子的軌跡向上,則所受的靜電力向上,與電場(chǎng)方向相同,所以該粒子帶正電。粒子從P到Q,靜電力做正功為W=qU,則粒子的電勢(shì)能減少了qU,Q點(diǎn)的電勢(shì)為零,則知帶電粒子在P點(diǎn)的電勢(shì)能為Uq,故A正確,B錯(cuò)誤;設(shè)帶電粒子在P點(diǎn)時(shí)的速度為v0,以垂直于電場(chǎng)線為x軸,平行于電場(chǎng)線為y軸,由類平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和幾何知識(shí)求得在Q點(diǎn)時(shí)粒子在y軸方向的分速度為vy=eq \r(3)v0,粒子在y軸方向上的平均速度為eq \x\t(v)y=eq \f(\r(3)v0,2),設(shè)粒子在y軸方向上的位移為y0,粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,則豎直方向有y0=eq \x\t(v)yt=eq \f(\r(3)v0t,2),水平方向有d=v0t,可得y0=eq \f(\r(3)d,2),所以電場(chǎng)強(qiáng)度為E=eq \f(U,y0),聯(lián)立得E=eq \f(2U,\r(3)d)=eq \f(2\r(3)U,3d),故C錯(cuò)誤,D正確。
2.如圖,靜止于A處的質(zhì)子(質(zhì)量為m、電荷量為e),經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)加速后,沿圖中虛線垂直MP進(jìn)入方向豎直向下的矩形有界勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)區(qū)域MNQP,區(qū)域邊界MN=3L、MP=2L,質(zhì)子經(jīng)加速偏轉(zhuǎn)后恰好能從PQ邊距P點(diǎn)為2L處射出,質(zhì)子重力不計(jì)。(結(jié)果均用e、U、m表示)
(1)求質(zhì)子離開加速電場(chǎng)時(shí)的速度大??;
(2)求質(zhì)子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度大??;
(3)若偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小變?yōu)樵瓉淼娜种?、方向不變,求質(zhì)子離開該區(qū)域時(shí)的速度大小。
【答案】 (1)eq \r(\f(2eU,m)) (2)eq \r(\f(10eU,m)) (3)2eq \r(\f(eU,m))
【解析】 (1)質(zhì)子在加速電場(chǎng)中做加速直線運(yùn)動(dòng),由動(dòng)能定理有eU=eq \f(1,2)mv12-0,解得v1=eq \r(\f(2eU,m))
(2)由題意知,質(zhì)子在豎直方向做初速度為零的加速直線運(yùn)動(dòng),在水平方向做速度大小為eq \r(\f(2eU,m))的勻速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,豎直方向有eE=ma,2L=eq \f(1,2)at2,vy=at,水平方向有2L=v1t
質(zhì)子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)速度為v2=eq \r(v12+vy2)
解得v2=eq \r(\f(10eU,m))
(3)若偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小變?yōu)樵瓉淼娜种?,由之前的分析可知,其豎直方向的加速度大小也變?yōu)樵瓉淼娜种?,有a=3a′,假設(shè)質(zhì)子從PQ邊射出,則質(zhì)子在豎直方向上依然做勻加速直線運(yùn)動(dòng),有2L=eq \f(1,2)a′t12,所以有t1=eq \r(3)t,則該段時(shí)間內(nèi)質(zhì)子在水平方向運(yùn)動(dòng)的距離為x′=v1t1
有x′=2eq \r(3)L>3L,由上述分析可知,質(zhì)子出電場(chǎng)時(shí)不是從電場(chǎng)下端離開,設(shè)其離開電場(chǎng)時(shí)豎直方向的速度為vy1,時(shí)間為t2,豎直方向有vy1=a′t2,水平方向仍然以v1做勻速直線運(yùn)動(dòng),有3L=v1t2,質(zhì)子離開電場(chǎng)的速度大小為v3=eq \r(v12+vy12)=2eq \r(\f(eU,m))。
考點(diǎn)二 示波管的工作原理
在示波管模型中,帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)U1加速,再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U2偏轉(zhuǎn)后,需要經(jīng)歷一段勻速直線運(yùn)動(dòng)才會(huì)打到熒光屏上并顯示亮點(diǎn)P,如圖所示。
知識(shí)點(diǎn)1.確定最終偏移距離
思路一
思路二
知識(shí)點(diǎn)2.確定偏轉(zhuǎn)后的動(dòng)能(或速度)
思路一
思路二
1.一束電子從靜止開始經(jīng)加速電壓U1=U0加速后,水平射入水平放置的兩平行金屬板中間,如圖所示。金屬板長為l,兩板距離為d=l,豎直放置的熒光屏距金屬板右端為L=2l,若在兩金屬板間加直流電壓U2=2U0時(shí),光點(diǎn)偏離中線打在熒光屏上的P點(diǎn),其中電子的質(zhì)量為m,電荷量為e,不計(jì)電子重力及電子之間的相互作用。求:(結(jié)果用e、m、l、U0表示)
(1)電子剛進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度大小;
(2)電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)垂直于板面方向的位移大小;
(3)OP的長度和電子打到P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能。
【答案】 (1)eq \r(\f(2eU0,m)) (2)eq \f(l,2) (3)eq \f(5,2)l 2eU0
【解析】 (1)電子經(jīng)U1=U0的電場(chǎng)加速后,由動(dòng)能定理可得eU1=eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)
解得電子剛進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度大小為
v0=eq \r(\f(2eU1,m))=eq \r(\f(2eU0,m))。
(2)電子以v0的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U2做類平拋運(yùn)動(dòng),則有l(wèi)=v0t,a=eq \f(eE,m)=eq \f(eU2,md),
y=eq \f(1,2)at2
聯(lián)立解得電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)垂直于板面方向的位移大小為y=eq \f(U2l2,4U1d)=eq \f(l,2)。
(3)電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)垂直極板方向速度大小為
vy=at=eq \f(eU2,md)·eq \f(l,v0)=eq \f(eU2,mv0)
電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角θ的正切值為
tan θ=eq \f(vy,v0)=eq \f(U2,2U1)=1
根據(jù)幾何關(guān)系可知,OP的長度為
OP=y(tǒng)+Ltan θ=eq \f(1,2)l+2l=eq \f(5,2)l
由動(dòng)能定理得,電子打在熒光屏的P點(diǎn)動(dòng)能為
Ek=eU1+eeq \f(U2,d)y=2eU0。
2.如圖裝置是由粒子加速器和平移器組成,平移器由兩對(duì)水平放置、間距為Δd的相同平行金屬板構(gòu)成,極板間距離和板長均為L。加速電壓為U0,兩對(duì)極板間偏轉(zhuǎn)電壓大小相等均為U0,電場(chǎng)方向相反。質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子無初速度地進(jìn)入加速電場(chǎng),被加速器加速后,從平移器下板邊緣水平進(jìn)入平移器,最終從平移器上板邊緣水平離開,不計(jì)粒子重力。下列說法正確的是( )
A.粒子離開加速器時(shí)速度v0=eq \r(\f(qU0,m))
B.粒子通過左側(cè)平移器時(shí),豎直方向位移y1=eq \f(L,4)
C.Δd與2L相等
D.只增加加速電壓,粒子將不能從平移器離開
【答案】 B
【解析】 根據(jù)qU0=eq \f(1,2)mv02,粒子離開加速器時(shí)速度為v0=eq \r(\f(2qU0,m)),故A錯(cuò)誤;粒子在左側(cè)平移器電場(chǎng)中的偏移量為y1=eq \f(1,2)at2,又qeq \f(U0,L)=ma,L=v0t,得y1=eq \f(L,4),故B正確;根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和對(duì)稱性,粒子在兩平移器之間做勻速直線運(yùn)動(dòng),它的軌跡延長線分別過左側(cè)平移器下方平行板和右側(cè)平移器上方平行板中點(diǎn),根據(jù)幾何關(guān)系可知Δd=L,故C錯(cuò)誤;由上述分析可得y1=eq \f(qU0L,2mv02),當(dāng)加速電壓增大時(shí),粒子進(jìn)入平移器的速度增大,粒子在平移器中豎直方向偏移量變小,粒子可以離開平移器,位置比原來靠下,故D錯(cuò)誤。
考點(diǎn)三 帶電粒子在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)
1.如圖所示,地面上某區(qū)域存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),一個(gè)質(zhì)量為m的帶負(fù)電小球(可視為質(zhì)點(diǎn))以水平向右的初速度v0,由O點(diǎn)射入該區(qū)域,剛好豎直向下通過豎直平面中的P點(diǎn),已知OP與初速度方向的夾角為60°,重力加速度為g,則以下說法正確的是( )
A.小球所受靜電力大小為eq \f(\r(3)mg,2)
B.小球所受的合外力大小為eq \f(\r(3)mg,3)
C.小球由O點(diǎn)到P點(diǎn)用時(shí)為eq \f(\r(3)v0,g)
D.小球通過P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為eq \f(5,2)mv02
【答案】 C
【解析】 設(shè)OP=L,小球從O到P水平方向做勻減速運(yùn)動(dòng),到達(dá)P點(diǎn)時(shí)水平速度為零,豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),則水平方向Lcs 60°=eq \f(v0,2)t,豎直方向Lsin 60°=eq \f(1,2)gt2,解得t=eq \f(\r(3)v0,g),選項(xiàng)C正確;水平方向受靜電力F1=ma=meq \f(v0,t)=eq \f(\r(3)mg,3),小球所受的合外力是F1與mg的合力,可知合外力的大小F=eq \r(?mg?2+F12)=eq \f(2\r(3),3)mg,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;小球通過P點(diǎn)時(shí)的速度大小vP=gt=eq \r(3)v0,則動(dòng)能EkP=eq \f(1,2)mvP2=eq \f(3,2)mv02,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
2.空間存在一方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng),O、P是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)。從O點(diǎn)沿水平方向以不同速度先后發(fā)射兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球A、B。A不帶電,B的電荷量為q(q>0)。A從O點(diǎn)發(fā)射時(shí)的速度大小為v0,到達(dá)P點(diǎn)所用時(shí)間為t;B從O點(diǎn)到達(dá)P點(diǎn)所用時(shí)間為eq \f(t,2)。重力加速度為g,求:
(1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大?。?br>(2)B運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能。
【答案】 (1)eq \f(3mg,q) (2)2m(v02+g2t2)
【解析】 (1)設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E,小球B運(yùn)動(dòng)的加速度為a。根據(jù)牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和題給條件,有mg+qE=ma①
eq \f(1,2)a(eq \f(t,2))2=eq \f(1,2)gt2②
解得E=eq \f(3mg,q)③
(2)設(shè)B從O點(diǎn)發(fā)射時(shí)的速度為v1,到達(dá)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為Ek,O、P兩點(diǎn)的高度差為h,根據(jù)動(dòng)能定理有mgh+qEh=Ek-eq \f(1,2)mv12④
且有v1·eq \f(t,2)=v0t⑤
h=eq \f(1,2)gt2⑥
聯(lián)立③④⑤⑥式得Ek=2m(v02+g2t2)。
考點(diǎn)四 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)
1.帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),通常只討論電壓的大小不變、方向做周期性變化(如方波)的情形。
當(dāng)粒子垂直于交變電場(chǎng)方向射入時(shí),沿初速度方向的分運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng),沿電場(chǎng)方向的分運(yùn)動(dòng)具有周期性。
2.研究帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵是根據(jù)電場(chǎng)變化的特點(diǎn),利用牛頓第二定律正確地判斷粒子的運(yùn)動(dòng)情況。根據(jù)電場(chǎng)的變化情況,分段求解帶電粒子運(yùn)動(dòng)的末速度、位移等。
3.注重全面分析(分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律):抓住粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間上的周期性和空間上的對(duì)稱性,求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度、位移、做功或確定與物理過程相關(guān)的臨界條件。
4.對(duì)于鋸齒波和正弦波等電壓產(chǎn)生的交變電場(chǎng),若粒子穿過板間的時(shí)間極短,帶電粒子穿過電場(chǎng)時(shí)可認(rèn)為是在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。
1. (多選)如圖甲所示,長為8d、間距為d的平行金屬板水平放置,O點(diǎn)有一粒子源,能持續(xù)水平向右發(fā)射初速度為v0、電荷量為q(q>0)、質(zhì)量為m的粒子。在兩板間存在如圖乙所示的交變電場(chǎng),取豎直向下為正方向,不計(jì)粒子重力。以下判斷正確的是( )
A.粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為eq \f(\r(2)d,v0)
B.能從板間電場(chǎng)射出的粒子的最大動(dòng)能為eq \f(5,4)mveq \\al(2,0)
C.t=eq \f(d,2v0)時(shí)刻進(jìn)入的粒子將從O′點(diǎn)射出
D.t=eq \f(3d,v0)時(shí)刻進(jìn)入的粒子將從O′點(diǎn)射出
【答案】 AD
【解析】 由圖像可知電場(chǎng)強(qiáng)度大小E=eq \f(mveq \\al(2,0),2qd),則粒子在電場(chǎng)中的加速度a=eq \f(qE,m)=eq \f(veq \\al(2,0),2d),假設(shè)粒子在電場(chǎng)中沿電場(chǎng)方向能做勻加速運(yùn)動(dòng)打在板上,在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t0,有eq \f(d,2)=eq \f(1,2)ateq \\al(2,0),解得t0=eq \f(\r(2)d,v0),粒子能穿出兩板間的情況下運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=eq \f(8d,v0),由于t0
這是一份第37講 帶電粒子在電場(chǎng)中的(練習(xí))(解析版)-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)(新教材新高考),共30頁。
這是一份第38講 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問題(講義)(原卷版)-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)(新教材新高考),共11頁。
這是一份第38講 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問題(講義)(原卷版)-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)(新教材新高考),共11頁。
第38講 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問題(講義)(解析版)-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)(新教材新高考)
第37講 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)(講義)(原卷版)-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)(新教材新高考)
第37講 帶電粒子在電場(chǎng)中的(練習(xí))(原卷版)-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)(新教材新高考)
第36講 電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)(講義)(解析版)-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)(新教材新高考)
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