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专题3静电场中动力学问题

专题3:

电场中的动力学问题

一、

规律

1.运动规律:

静止匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、平抛运动、一般曲线

2.动力学规律:

牛顿运动定律(牛顿第一定律、第二定律、第三定律)力的合成与分解运动的合成与分解

二、思路

1、谁?

物体或系统;2、受什么力?

(、、、。

3、做什么运动?

()

4如何处理?

a力的合成与分解列力学方程求解:

b运动的合成与分解列运动学的方程

(1)匀变速直线运动:

(2)平抛运动:

(3)圆周运动:

三、一般曲线运动1条件:

2速度方向:

3、F和V夹角与v大小变化关系:

重力考虑否?

【说明】①对电子、质子、原子核、(正、负)离子等带电粒子一般均不考虑重力的影响;

②根据题中给出的数据,先估算重力mg和电场力qE的值,若mg<

③对“带电颗粒”、“带电液滴”、“带电小球”等带电体常常要考虑其所受的重力。

④根据题意进行分析,如题中提到“水平、竖直”等关键词时往往要考虑重力,有些问题中常隐含着必须考虑重力。

(一)电场中的平衡问题

1.在两平行金属板间的匀强电场中的A点处有一个

带电微粒保持静止状态,已知两金属板间电势差为U,

两板间距离为d,则该带电微粒的电量与质量之比为______。

若将平行板距离减小为d/2,微粒的加速度是。

若将平行板错开一半,微粒的加速度为。

2.如图所示,质量为m的小球悬挂在两极板相距d的平行板电容器内,接通开关K后,悬线与竖直方向的偏角为θ,电源电动势为E:

求1、电场强度2、求小球电性以及电荷量3、若K闭合,减小d,则θ如何变化?

4、若K断开,减小d,则θ如何变化?

5、若滑动变阻器上下滑动,则θ如何变化?

电流表有没有示数?

 

3如图所示,两板间距为d的平行板电容器与电源连接,电键x闭合。

电容器两板间有一质量为m,带电量为q的微粒静止不动。

滑动变阻器最大电阻是固定电阻阻值的2倍,目前滑动变阻器的滑片在电阻器的正中间位置

求1小球的电性2电源电动势(不计内阻)

3.保持电键k闭合,把电容器两板距离增大到原来的2倍,微粒的加速度为多少?

平行板错开,微粒的加速度是多少?

4.保持电键k闭合,滑动变阻器滑动到最上端,微粒的加速度为多少?

5断开电键k,微粒做什么运动,加速度为多少?

 

4三个均匀带点的绝缘球,放到光滑的水平面上三者都处于平衡状态,已知A,B球的电荷量之比是9:

4,A球带正电,求C球的电性和电荷量大小?

他们的距离之比?

 

5水平面固定一光滑水平绝缘斜面,斜面与水平面的夹角为θ,一根轻质绝缘细线的一段固定在斜面的上端,另一端栓有一个带点小球A,细线与斜面平行。

小球A的电荷量为q。

小球右侧固定放置等量电荷的小球B,两球心等高,间距为d。

小球电荷分布均匀。

小球A静止在斜面上。

求1,假设小球对细线的拉力为零,求小球的质量和电性2假设小球对斜面的压力为零,求小球的质量和电性。

 

6一个小球质量为m,带电量为Q,用绝缘细线记在o点,

细线与水平方向的夹角为θ,求所加匀强电场的最小值和方向。

(作图)

 

7如图所示,两个带电小球A、B用长度为L=10cm的细丝线相连放在光滑绝缘水平面上保持静止。

已知这时细丝线对B球的拉力大小F0=1.8×10-2N,A球的电荷量为

求:

⑴小球A所受的电场力F的大小。

⑵小球B的电性和电荷量qB。

(静电力常量k=9.0×109Nm2/C2)

 

8如图所示,真空中A、B两个点电荷的电荷量分别为+Q和+q,放在光滑绝缘水平面上,A、B之间用绝缘的轻弹簧连接.当系统平衡时,弹簧的伸长量为x0.若弹簧发生

的均是弹性形变,则()

A保持Q不变,将q变为2q,平衡时弹簧的伸长量等于2x0

B.保持q不变,将Q变为2Q,平衡时弹簧的伸长量小于2x0

C.保持Q不变,将q变为-q,平衡时弹簧的缩短量等于x0

D.保持q不变,将Q变为-Q,平衡时弹簧的缩短量小于x0

9.在场强为E,方向竖直向下的匀强电场中,有两个质量均为m的带电小球,电量分别为2q和-q。

两小球用长为

的绝缘细线相连,另用绝缘细线系住带正电的小球悬于O点而处于平衡状态,如图所示,重力加速度为g。

则细线对悬点O的作用力等于____。

两球间绳上的拉力。

【思考】如果电场方向顺时针旋转90°,大致画出两小球的悬挂图形!

 

(二)电场中的直线运动问题

1电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。

油滴实验的原理如图所示,两块水平放置的平行金属板与电源连接,上、下板分别带正、负电荷,两板间的电场为匀强电场。

油滴从喷雾器喷出后,由于摩擦而带电,油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中,通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。

两金属板间的距离为d,忽略空气对油滴的浮力和阻力。

(1)调节两金属板间的电势差u,当u=U0时,使得某个质量为ml的油滴恰好匀速下降。

求此油滴电荷量q为多少?

(2)若油滴进入电场时的速度可以忽略,当两金属板间的电势差u=U时,观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动,经过时间t运动到下极板,求此油滴所带电荷量Q。

 

2.如图所示,水平放置的两平行金属板相距为d,充电后其间形成匀强电场.一带电量为+q,质量为m的液滴从下板边缘射入电场,并沿直线运动恰好从上板边缘射出.可知,该液滴在电场中做_______运动,电场强度为_______,电场力做功大小为_______

3..如图所示,匀强电场的场强方向与竖直方向成α角,一带电荷量为q,质量为m的小球,用绝缘细线固定在竖直墙上,小球恰好静止在水平位置.求

(1)小球所带电荷的电性及场强的大小;

(2)若将细线突然剪断,小球在电场力和重力作用下做何种性质的运动?

加速度为多大?

 

4、如图所示,平行金属板与水平方向成θ角,板间距离为d,板间电压为U,一质量为m的带电微粒,以水平初速度v0从下板左端边缘进入板间,结果正好沿水平直线通过从上板右端上边缘处射出,求:

(1)微粒带电量

(2)微粒离开电场时的动能。

 

5、如图甲所示,电荷量为q=1×10-4C的带正电的小物块置于绝缘水平面上,所在空间存

在方向沿水平向右的电场,电场强度E的大小与时间的关系如图乙所示,物块运动的速度v与时间t的关系如图丙所示,取重力加速度g=10m/s2.求:

(1)前两秒物体的加速度

(2)物体的质量m

(3)物块与水平面间的动摩擦因数μ.

(4)前四秒电场力做的功?

摩擦力做的功?

合外力做的功?

并分析能量转化!

 

6如图所示两块水平放置相互平行且正对的金属板,其上板有一个小孔,质量为m,电量为q的带正电液滴自空中自由下落,并由小孔A进入匀强电场;设两板电势差为U、距离为d,欲使液滴在板间下落的最大深度为d/2,

求1液滴开始减速时的速度和减速时的加速度?

2液滴开始下落时离上极板的高度h为多少?

 

7一个电场的电场强度随时间变化的图像如图所示,在这个电场中有一个带电粒子,在t=0时刻由静止释放,若带电粒子只受电场力的作用,试画出前5秒带电粒子的V-t图像的大致形状

(若电荷在t=1s的时候进入呢?

 

8.如图所示,彼此平行的三平行金属板A、B、C相距分别为d1、d2如图方式连接电池后,A、B间电压为U1;B、C间电压为U2且U1

在A板附近的电子由静止释放后,经电压U1加速后,从B板中央孔进入B、C间,已知电子电量为e,质量m,不计重力。

求:

(1)电子在由A运动到B点的时间以及电子在B点的速度?

(2)电子在B、C间前进的距离x(3)画出电子的V-T图像并求出电子运动的周期T。

 

9、在一个水平地面上沿水平方向建立x轴,在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场,场强大小E=6×105N/C,方向与x轴正方向相同,在O处放一个质量m=10g带负电荷的绝缘物块,其带电荷量q=-5×10—8C。

物块与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,沿x轴正方向给物块

一个初速度v0=2m/s,如图所示.试求:

(1)物块沿x轴正方向运动离O点的最远距离;

*

(2)物块最终停止时的位置.

 

10、两个均匀带电的绝缘小球位于同一竖直线上,在竖直向下的匀强电场中保持距离不变的距离沿竖直方向匀速下落。

已知A球带电量为Q,质量为4m,C球带电量为4Q,质量为m,求场强的大小和两球间的距离。

 

(三)带电粒子在匀强电场中的偏转问题问题(类平抛)

1如图示,不计重力的带正电粒子在电容器中,由正极板静止释放。

电容器两极板电势差为U,带电粒子电量为q,质量为m,粒子从右极板中心小孔射出后,垂直进入竖直向下的匀强电场,电场所在区域水平宽度为L,粒子穿出电场时速度方向与竖直方向夹角为300,求:

(1)带电粒子射出电容器的速度

(2)带电粒子在竖直向下的匀强电场中运动的时间

(3)竖直向下的匀强电场的电场强度大小

 

2.两平行金属板与电源相接,其间电场为匀强电场,K闭合后一带电微粒,自M板边缘垂直于电场方向射入。

如图10所示,在电场力作用下,发生偏转(重力忽略不计),恰好打在N板中央。

M、N之间相距为d,为使微粒恰能飞出电场,N板至少应下移多少?

(K一直闭合)

 

3如图所示,热电子由阴极飞出时的初速忽略不计,电子发射装置的加速电压为U0。

电容器板长和板间距离均为L=10cm,下极板接地。

电容器右端到荧光屏的距离也是L=10cm。

在电容器两极板间接一交变电压,上极板的电势随时间变化的图象如左图。

(每个电子穿过平行板的时间极短,可以认为电压是不变的)求:

①在t=0.06s时刻,电子打在荧光屏上的何处?

②荧光屏上有电子打到的区间有多长?

③屏上的亮点如何移动?

 

4:

如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。

在oxy平面的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场Ⅰ和Ⅱ,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计电子所受重力)。

(1)在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求电子离开ABCD区域的位置。

(2)在电场Ⅰ区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置。

(3)若将左侧电场Ⅱ整体水平向右移动L/n(n≥1),仍使电子从ABCD区域左下角D处离开(D不随电场移动),求在电场Ⅰ区域内由静止释放电子的所有位置。

 

5如图所示的装置,在加速电场U1内放置一根塑料管AB(AB由特殊绝缘材料制成,不会影响电场的分布),紧靠其右侧的是两块彼此平行的水平金属板,板长为L,两板间距离为d.一个带负电荷的小球,恰好能沿光滑管壁运动.小球由静止开始加速,离开B端后沿金属板中心线水平射入两板中,若给两水平金属板加一电压U2,当上板为正时,小球恰好能沿两板中心线射出;当下板为正时,小球射到下板上距板的左端

处,求:

(1)U1:

U2;

(2)若始终保持上板带正电,为使经U1加速的小球,沿中心线射入两金属板后能够从两板之间射出,两水平金属板所加电压U的范围是多少?

(请用U2表示)

 

6如图所示在竖直平面xOy内存在着竖直向下的匀强电场,带电小球以初速度v0,从O点沿Ox轴水平射入,恰好通过平面中的A点,OA连线与Ox轴夹角为30°,已知小球的质量为m,则带电小球通过A点时的动能为_________

 

(四)带电粒子在电场中的圆周问题()

1.设氢原子核质量为M,核外电子质量为m,他们的电荷量都为e,假设电子绕原子核做匀速圆周运动,半径为r,静电力常量为k,1求电子的速率。

 

2,求由于电子运动产生的等效电流多大?

如图所示,带负电的粒子以不同的速度v0从A点分别射出,在O点处有一个固定的正点电荷,已知v0

OA,粒子的重力可忽略不计,其中有一些粒子可以绕O点做圆周运动,那么这些做圆周运动的粒子()

A.一定具有相同的动能B.一定具有相同的电量

C.如果它们的动能相同,那么它们的荷质比一定相同

D.如果它们的电量相同,那么它们的动能一定相同

4.如图所示,绝缘细线系一带有负电的小球,小球在竖直向下的匀强电场中,做竖直面内的圆周运动,以下说法正确的是:

()

A.当小球到达最高点a时,线的张力一定最小

B.当小球到达最低点b时,小球的速度一定最大

C.当小球到达最高点a时,小球的电势能一定最小

D.小球在运动过程中机械能守恒

5如图所示,在场强大小为E的匀强电场中,一根不可伸长的绝缘细线一端拴一个质量为m、电荷量为q的带负电小球,另一端固定在O点.把小球拉到使细线水平的位置A,然后将小球由静止释放,小球沿弧线运动到细线与水平方向成θ=60°的位置B时速度为零.以下说法正确的是()

A.小球重力与电场力的关系是mg=

qE

B.小球重力与电场力的关系是qE=

mg

C.球在B点时,细线拉力为T=

mg

D.球在B点时,细线拉力为T=2qE

6.如图所示,在竖直放置的光滑半圆弧绝缘细管的圆心O处固定一点电荷,将质量为m,带电量为+q的小球从圆弧管的水平直径端点A由静止释放,小球沿细管滑到最低点B时,对管壁恰好无压力,则固定于圆心处的点电荷在AB弧中点处的电场强度大小为()

A.mg/qB.2mg/q

C.3mg/qD.4mg/q

3如图,静止于A处的正离子,经电压为U的加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,从P点垂直CN进入矩形区域的有界匀强电场,电场方向水平向左。

静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场,已知圆弧所在处场强为E0,方向如图所示;离子质量为m、电荷量为q;

,离子重力不计。

(1)求圆弧虚线对应的半径R的大小;

(2)若离子恰好能打在NQ的中点上,求矩形区域QNCD内匀强电场场强E的值;

(3)若将矩形区域QNCD内向左的匀强电场逆时针旋转90度,求离子能不能回到加速电场,如果能,求从离开加速电场到第一次回到加速电场的总时间。

 

(五)带电粒子一般运动问题(一般曲线非匀变速直线)

1如图所示,图中实线表示一匀强电场的等势面,一带负电的粒子射入电场,虚线是它的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点,若粒子所受重力不计,那么正确的判断是()

A.电场线方向向下

B.粒子一定从a点运动到b点

C.a点的电势比b点的高

D.粒子在a点的电势能大于在b点的电势能

2.某点电荷和金属圆环间的电场线分布如图所示。

下列说法正确的是

A.a点的电势高于b点的电势

B.若将一正试探电荷由a点移到b点,电场力做负功

C.c点的电场强度与d点的电场强度大小无法判断

D.若将一正试探电荷从d点由静止释放,电荷将沿着电场线由d到c

4.(多选)如图所示,带箭头的线表示某一电场的电场线。

在电场力作用下,一带电粒子(不计重力)经A点飞向B点,径迹如图中虚线所示,下列说法正确的是()

A.粒子带正电

B.粒子在A点加速度小

C.粒子在B点动能大

D.A、B两点相比,B点电势较低

5有一负电荷自电场中的A点自由释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B

点,它运动的速度图象如图所示,则A、B所在

电场区域的电场线分布可能是图中的(  )

 

6.如图所示,两个带等量的正电荷的小球A、B(可视为点电荷),被固定在光滑的绝缘的水平面上,P、N是小球A、B的连线的水平中垂线上的两点,且PO=ON.现将一个电荷量很小的带负电的小球C(可视为质点),由P点静止释放,在小球C向N点的运动的过程中,下列关于小球C的速度图象中,可能正确的是(  )

7、静电场方向平行于x轴,其电势随x的分布可简化为如图所示的折线,图中ф0和d为已知量。

一个带负电的粒子在电场中以x=0为中心、沿x轴方向做周期性运动。

已知该粒子质量为m、电量为-q,忽略重力。

规定x轴正方向为电场强度E、加速度a、速度v的正方向,下图分别表示x轴上各点的电场强度E,小球的加速度a、速度v和动能EK随x的变化图象,其中正确的是

 

8.如图9所示,水平固定的小圆盘A,带电荷量为Q,电势为零,

从盘心处O由静止释放一质量为m,带电荷量为+q的小球,由于电场的作用,

小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的c点,Oc=h,又知道过竖直线

上的b点时,小球速度最大,由此可知在Q所形成的电场中,可以求哪一点的场强?

 

【2015江苏-8】8.两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图所示,c时两负电荷连线的中点,d点在正电荷的正上方,c、d到正电荷的距

离相等,则

A.a点的电场强度比b点的大

B.a点的电势比b点的高

C.c点的电场强度比d点的大

D.c点的电势比d点的低

 

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