2024年高中物理第十章專(zhuān)題強(qiáng)化練3帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)新人教版必修第三冊(cè)

專(zhuān)題強(qiáng)化練3帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、選擇題1.(2024廣東深圳高三上月考)如圖所示,水平面MN的上方和下方分別存在電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向豎直向下和豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球從MN上方的a點(diǎn)以肯定的初速度水平拋出,從b點(diǎn)進(jìn)入下方電場(chǎng),到達(dá)c點(diǎn)時(shí)速度方向恰好水平。已知a、b、c三點(diǎn)在同始終線(xiàn)上,且ab=13bc。重力加速度為g。則電場(chǎng)強(qiáng)度大小為(A.3mgqB.mg3qC.2.(2024四川攀枝花檢測(cè))如圖所示,在豎直平面內(nèi)放置的光滑絕緣軌道處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一帶負(fù)電的小球從高為h的A處由靜止起先下滑,沿軌道ABC運(yùn)動(dòng)后進(jìn)入圓環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。已知小球所受靜電力是其重力的34,圓環(huán)半徑為R,斜面傾角為53°,軌道水平段BC的長(zhǎng)度sBC=2R。若使小球在圓環(huán)內(nèi)恰好能做完整的圓周運(yùn)動(dòng),則高度h為(A.2RB.4RC.10RD.17R3.(2024湖南郴州質(zhì)檢)(多選)如圖所示,一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球在電場(chǎng)強(qiáng)度為E、區(qū)域足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,以初速度v0沿ON在豎直面內(nèi)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。ON與水平面的夾角為30°,重力加速度為g,且mg=qE,則()A.電場(chǎng)方向豎直向上B.小球運(yùn)動(dòng)的加速度大小為gC.小球上升的最大高度為vD.若小球在初始位置的電勢(shì)能為零,則小球電勢(shì)能的最大值為m4.(2024安徽師范高校附屬中學(xué)期中)如圖所示,豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,用絕緣細(xì)線(xiàn)拴住的帶電小球在豎直平面內(nèi)繞O做圓周運(yùn)動(dòng),A、B分別是軌跡的最高點(diǎn)和最低點(diǎn),已知小球的質(zhì)量為m,重力加速度為g。以下說(shuō)法中正確的是()A.小球在A、B兩點(diǎn)時(shí),細(xì)線(xiàn)的拉力差可能是12mgB.小球不行能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)C.小球通過(guò)A點(diǎn)時(shí),細(xì)線(xiàn)拉力肯定最小D.小球通過(guò)B點(diǎn)時(shí),細(xì)線(xiàn)拉力不行能為零5.(2024福建泉州模擬)如圖,在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,質(zhì)量為0.5kg的帶正電小物塊從光滑絕緣斜面上的A點(diǎn)由靜止釋放,經(jīng)過(guò)B點(diǎn)后進(jìn)入絕緣水平面,最終停在C點(diǎn)。某些時(shí)刻物塊的瞬時(shí)速率記錄在下表中。若物塊經(jīng)過(guò)B點(diǎn)前后速度大小不變,電場(chǎng)力與重力大小相等,取g=10m/s2,則()t/s0369v/(m·s-1)08128A.t=6s時(shí)物塊恰好經(jīng)過(guò)B點(diǎn)B.t=12s時(shí)物塊恰好到達(dá)C點(diǎn)C.物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為1D.整個(gè)過(guò)程中物塊電勢(shì)能的削減量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量二、非選擇題6.(2024甘肅蘭州一診)水平面上有一個(gè)豎直放置的圓弧軌道,A為軌道的最低點(diǎn),半徑OA豎直,圓心角AOB為60°,半徑R=0.8m,空間有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)E=1×104N/C。一個(gè)質(zhì)量m=2kg、電荷量q=1×10-3C的帶負(fù)電小球,從軌道左側(cè)與圓心O同一高度的C點(diǎn)水平拋出,恰好從B點(diǎn)沿切線(xiàn)方向進(jìn)入圓弧軌道,到達(dá)最低點(diǎn)A時(shí)對(duì)軌道的壓力FN=32.5N。取g=10m/s2,求:(1)小球拋出時(shí)的初速度v0的大小;(2)小球從B到A的過(guò)程中克服摩擦力所做的功Wf。7.(2024天津一中期末)如圖所示,BCDG是光滑絕緣的34圓弧軌道,位于豎直平面內(nèi),軌道半徑為R,下端與水平絕緣軌道在B點(diǎn)平滑連接,整個(gè)軌道處在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)中。現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶正電的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))置于水平軌道上,滑塊受到的靜電力大小為34mg,滑塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,重力加速度為(1)若滑塊從水平軌道上距離B點(diǎn)s=3R的A點(diǎn)由靜止釋放,求滑塊到達(dá)與圓心O等高的C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的作用力大小;(2)為使滑塊恰好始終沿軌道BCDG滑行(不脫離軌道),且從G點(diǎn)飛出,求滑塊在圓弧軌道上滑行過(guò)程中的最小速度。答案全解全析專(zhuān)題強(qiáng)化練3帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.D小球在水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),所以小球在MN上方的電場(chǎng)和MN下方的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為t1∶t2=1∶3,小球在豎直方向的位移大小之比為y1∶y2=12a1t12∶12a2t22=1∶3,其中a1=qE2.C小球所受的重力和靜電力均為恒力,故兩力可等效為一個(gè)力F=(mg)2+34mg2若使小球在圓環(huán)內(nèi)恰好能做完整的圓周運(yùn)動(dòng),即通過(guò)等效最高點(diǎn)D時(shí)小球與圓環(huán)間的彈力恰好為0,由圓周運(yùn)動(dòng)的學(xué)問(wèn)可得54mg=mvD2R;由A到D的過(guò)程由動(dòng)能定理得mg(h-R-Rcos37°)-34mg(h·tan37°+2R+Rsin37°)=12mv方法技巧等效重力法把電場(chǎng)力和重力合成一個(gè)等效力,稱(chēng)為等效重力。如圖所示,則F合為等效重力場(chǎng)中的“重力”,g'=F合m為等效重力場(chǎng)中的“等效重力加速度”;F合的方向等效為“重力”的方向,即在等效重力場(chǎng)中的“豎直向下3.BD小球做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),合力應(yīng)與速度在同始終線(xiàn)上,即在ON直線(xiàn)上,因mg=Eq,所以電場(chǎng)力與重力關(guān)于ON對(duì)稱(chēng),依據(jù)數(shù)學(xué)學(xué)問(wèn)得電場(chǎng)力qE與水平方向的夾角應(yīng)為30°,小球受力狀況如圖所示,合力沿ON向下,大小為mg,由牛頓其次定律可知a=g,方向沿ON向下,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;設(shè)小球上升的最大高度為h,由動(dòng)能定理可得-mg·2h=0-12mv02,解得h=v024g,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電場(chǎng)力做負(fù)功,小球的電勢(shì)能變大,當(dāng)小球速度為零時(shí),其電勢(shì)能最大,則Ep=-qE·2hcos120°=qEh=mg·4.A若電場(chǎng)力與重力同向,則有F合=F電+mg,從B到A,有12mvB2=F合·2r+12mvA2,在B點(diǎn)有F拉B-F合=mvB2r,在A點(diǎn)有F拉A+F合=mvA2r,聯(lián)立可得F拉B-F拉A=6(F電+mg),若F電=mg,則F拉B-F拉A=12mg,所以小球在A、B兩點(diǎn)時(shí)細(xì)線(xiàn)的拉力差可能是12mg,選項(xiàng)A正確;當(dāng)小球所受重力與電場(chǎng)力的合力為零時(shí),細(xì)線(xiàn)的拉力供應(yīng)向心力,合外力做功為零,小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;假如小球帶正電,在A點(diǎn)細(xì)線(xiàn)拉力最小,假如小球帶負(fù)電,且電場(chǎng)力大于重力,在A點(diǎn),細(xì)線(xiàn)的拉力最大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;假如小球帶負(fù)電,且電場(chǎng)力大于重力5.C依據(jù)表中的數(shù)據(jù),可以求出物塊下滑的加速度a1=Δv1Δt1=83m/s2,若t=6s時(shí)物塊恰好經(jīng)過(guò)B點(diǎn),則物塊經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度為v=a1t=83×6m/s=16m/s>12m/s,故t=6s時(shí)物塊已過(guò)B點(diǎn)。同樣依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知,物塊在水平面上滑動(dòng)時(shí)的加速度a2=Δv2Δt2=8-129-6m/s2=-43m/s2。設(shè)物塊在斜面上滑行時(shí)間為t1,從斜面底端到速度為12m/s所用時(shí)間為t2,則有a1t1+a2t2=12m/s,t1+t2=6s,解得t1=5s,即物塊加速5s后到達(dá)B點(diǎn),此時(shí)vB=a1t1=403m/s,A錯(cuò)誤。由速度與時(shí)間的關(guān)系可得物塊在BC段運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t3=0-vBa2=10s,即t=15s時(shí)物塊運(yùn)動(dòng)到6.答案(1)233m/s(2)解析(1)小球拋出后從C到B過(guò)程中受重力和豎直向上的電場(chǎng)力,做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),則mg-qE=ma,解得小球的加速度a=mg-qEm=2×10-C與B的高度差h=Rcos60°=0.4m設(shè)小球到B點(diǎn)時(shí)豎直分速度為vy,則vy2=2ah,解得小球到B點(diǎn)時(shí)豎直分速度v小球在B點(diǎn)時(shí),速度方向與水平方向夾角為60°,則tan60°=v解得小球拋出時(shí)的初速度v0=233(2)小球在B點(diǎn)時(shí),sin60°=vyvB,則vB小球在A點(diǎn)時(shí),軌道對(duì)小球的支持力FN'=FN=32.5N,則FN'+qE-mg=mvA2R,解得小球從B到A過(guò)程,由動(dòng)能定理得(mg-qE)(R-Rcos60°)-Wf=12mvA2-解得小球從B到A的過(guò)程中克服摩擦力所做的功Wf=13J7.答案(1)74mg(2)解析(1)設(shè)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度為v,滑塊所帶電荷量為q,勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E,由動(dòng)能定理有qE(s+R)-μmgs-mgR=12mvqE=34解得v=gR設(shè)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)受到軌道的作用力大小為F,則F-qE=mv解得F=74由牛頓第三定律可知,滑塊對(duì)軌道的作用力大小為F'=F=74(2)滑塊恰好始