2010年高三物理高考預(yù)測系列試題（10）·帶電體在電場中的運(yùn)動

用心 愛心 專心 20102010 年高考物理預(yù)測系列試題 年高考物理預(yù)測系列試題 1010 帶電體在電場中的運(yùn)動帶電體在電場中的運(yùn)動 適用 全國各地區(qū)適用 全國各地區(qū) 預(yù)測題預(yù)測題 如圖所示 有一質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的小球 可視為質(zhì)點(diǎn) 自豎直向下 場強(qiáng)為E 的勻強(qiáng)電場中的P點(diǎn)靜止下落 在P點(diǎn)正下方距離h處有一彈性絕緣擋板S 擋板不影響勻強(qiáng)電場的分布 小球每次與擋板S相碰后電荷量均減少到碰前的k倍 k 1 而碰撞過程中 小球的機(jī)械能不發(fā)生損失 1 設(shè)勻強(qiáng)電場中 擋板S處電勢 S 0 則電場中P 點(diǎn)的電勢 P 為多 少 小球在P點(diǎn)時的電勢能EP為多少 2 小球從P點(diǎn)出發(fā)后到第一次速度變?yōu)榱愕倪^程中電場力對小球做了多 少功 3 求在以后的運(yùn)動過程中 小球距離擋板的最大距離l 命題意圖命題意圖 此題考查帶電體在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動 應(yīng)該注意帶電體在與擋板碰撞后帶電量的變化 以及對運(yùn)動過程的分析 同時考慮是否應(yīng)用能量觀點(diǎn)解題 雖然題目情境簡單 但要注意一題多解 解題思路解題思路 看完題目 首先要明確幾個概念 1 電勢 電勢差 電勢能 2 小球的機(jī)械能 3 電場力的功 4 小球距離擋板的最大距離l 解題過程解題過程 解法一 1 SP之間的電壓為 UEh S 0 P Eh 小球在P點(diǎn)時的電勢能 qEhEP 2 設(shè)小球第一次與檔板碰撞時的速度大小為v1 碰撞過程中小球機(jī)械能無損失 以v1豎直向上運(yùn) 動 速度為零時的高度為 1 h 由牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式得 1 maqEmg hav 1 2 1 2 2 makqEmg 12 2 1 2hav 聯(lián)立以上各式解得 h kqEmg qEmg h 1 故 小球從P點(diǎn)出發(fā)后到第一次速度變?yōu)榱愕倪^程中電場力對小球做的功為 kqEmg kmgqEh kqEhqEhW 1 1 3 由上面的分析和求解過程可得 小球與擋板第二次碰撞后能上升的高度為 1 2 2 h qEkmg kqEmg hh qEkmg qEmg 2 用心 愛心 專心 依此類推 小球與擋板第n次碰撞后能上升的高度為h qEkmg qEmg h n n 當(dāng)n 時 小球電量將減小為零 從而可得小球距離擋板的最大距離l 為 h mg qEmg l 解法二解法二 1 由電場力做功與電勢能變化的關(guān)系得 qEhEE SP 由題設(shè)條件 擋板S處電勢 S 0 可得小球在P點(diǎn)時的電勢能qEhEP 2 設(shè)第一次與檔板碰撞后能達(dá)到的高度為 1 h 由能量守恒得 1 mgh qEh mg kqE h 小球從P點(diǎn)出發(fā)第一次到達(dá)最高點(diǎn)過程中電場力對小球做的功為 1 W qEh kqEh 解得 1 mgqEhk W mg kqE 3 小球與擋板碰撞后小球所帶電量逐漸減小 最終電量將減小為零 整個過程中能量始終守恒 由能量守恒得 mgh qEh mgl 解得 h mg qEmg l 易錯點(diǎn)分析易錯點(diǎn)分析 第 2 問中 計算電場力對小球做功時 要注意到小球與擋板碰撞后電荷量的變 化 1 W qEh kqEh 容易錯解為 1 hhqEW 用第一種解法推導(dǎo)小球與擋板第n次碰撞后能 上升的高度hn與起始高度h的關(guān)系時容易出錯 點(diǎn)評點(diǎn)評 解法一是用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式求解 需要注意小球運(yùn)動的細(xì)節(jié) 求解比較繁瑣 但容易入手 難度小一些 解法二是由能量守恒定律和功能關(guān)系求解 只需要關(guān)注小球運(yùn)動的始末位置 求解比較簡潔 但思維要求較高 相對難度大一些 附附 預(yù)測訓(xùn)練題預(yù)測訓(xùn)練題 有一勻強(qiáng)電場平行于固定在水平地面上的絕緣平板 絕緣平板上有一帶負(fù)電的物體 以 10m s 的初速度平行于電場方向運(yùn)動 物體沿電場方向運(yùn)動的最遠(yuǎn)距離為 4m 如果物體在運(yùn)動過程中所受電場力大于物體受到的最大靜摩擦力 且物 體與絕緣平板間的動摩擦因數(shù)為 0 5 則物體在離出發(fā)點(diǎn)多遠(yuǎn)處動能與電勢 能相等 規(guī)定帶電體在出發(fā)點(diǎn)時的電勢能為零 重力加速度 g 取 10m s2 用心 愛心 專心 解答 解答 設(shè)物體帶電量為 q 運(yùn)動的最大位移為 sm 由動能定理得 2 0 2 1 mvmgsqEs mm 得 mgqE75 0 設(shè)帶電體運(yùn)動到離出發(fā)點(diǎn)距離為 s 處動能與電勢能相等 即qEsmv 2 2 1 在此過程中 由動能定理得 2 0 2 2 1 2 1 mvmvmgsqEs 代入數(shù)