高中物理 1.9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)同步練習(xí) 新人教版選修3-1

1、 9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)A組1.一帶電粒子在電場(chǎng)中只受靜電力作用時(shí),它不可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是()A.勻速直線運(yùn)動(dòng)B.勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.勻變速曲線運(yùn)動(dòng)D.勻速圓周運(yùn)動(dòng)解析:只在靜電力的作用下,說(shuō)明粒子受到的合外力的大小為靜電力,不為零,所以選項(xiàng)A不可能;當(dāng)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中由靜止釋放后,粒子做勻加速直線運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B可能;當(dāng)粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后,粒子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C可能;正粒子周?chē)呢?fù)粒子只在靜電力作用下且靜電力恰好充當(dāng)向心力時(shí),可以做勻速圓周運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D可能。答案:A2.一電子以初速度v0沿垂直電場(chǎng)強(qiáng)度方向射入兩平行金屬板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,現(xiàn)減小兩板間的電壓,則電子穿越兩平行金屬板所需的時(shí)間

2、()A.隨電壓的減小而減少B.隨電壓的減小而增加C.與電壓無(wú)關(guān)D.隨兩板間距離的增大而減少答案:C3.如圖所示,質(zhì)子H)和粒子He)以相同的初動(dòng)能垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)(粒子不計(jì)重力),則這兩個(gè)粒子射出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)位移y之比為() A.11B.12C.21D.14解析:由y=和Ek0=得y=,y與q成正比,選項(xiàng)B正確。答案:B4.帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)由靜止加速后垂直進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),要使它離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角增大,可采用的方法有()A.增加帶電粒子的電荷量B.增加帶電粒子的質(zhì)量C.增大加速電壓D.增大偏轉(zhuǎn)電壓解析:同一加速電場(chǎng)、同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),偏轉(zhuǎn)角的正切為tan =,U2為偏轉(zhuǎn)電壓,U1為加

3、速電壓,l為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)在粒子入射方向的長(zhǎng)度,d為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)在垂直粒子入射方向的寬度,選項(xiàng)D正確。答案:D5.如圖所示,有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng),當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U1時(shí),帶電粒子沿軌跡從兩板正中間飛出;當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U2時(shí),帶電粒子沿軌跡落到B板中間;設(shè)粒子兩次射入電場(chǎng)的水平速率相同,則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為()A.U1U2=18B.U1U2=14C.U1U2=12D.U1U2=11解析:設(shè)偏轉(zhuǎn)電極板長(zhǎng)為l,板間距離為d,當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U1時(shí),當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U2時(shí),d=,解得U1U2=18。答案:A6.(多選)如圖,平行板電容器的兩個(gè)極板與水平地面成一角度,兩極板與一直流電源相連。若一帶電粒子恰

4、能沿圖中所示水平直線通過(guò)電容器,則在此過(guò)程中,該粒子()A.所受重力與靜電力平衡B.電勢(shì)能逐漸增加C.動(dòng)能逐漸增加D.做勻變速直線運(yùn)動(dòng)解析:粒子做直線運(yùn)動(dòng),其重力和靜電力的合力應(yīng)與速度共線,如圖所示。重力與靜電力不共線,不可能平衡,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中靜電力做負(fù)功,因而電勢(shì)能增加,選項(xiàng)B正確;合力做負(fù)功,動(dòng)能減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電容器的極板與直流電源相連,即其電壓、板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變,則靜電力不變,合力恒定,因而粒子做勻變速直線運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D正確。答案:BD7.如圖甲所示,平行板電容器A、B兩板上加上如圖乙所示的交變電壓,開(kāi)始B板的電勢(shì)比A板高,這時(shí)兩板中間原來(lái)靜止的電子在靜電力作用下開(kāi)始運(yùn)

5、動(dòng),設(shè)電子在運(yùn)動(dòng)中不與極板發(fā)生碰撞,則下述說(shuō)法正確的是(不計(jì)電子重力)()A.電子先向A板運(yùn)動(dòng),然后向B板運(yùn)動(dòng),再返回A板做周期性來(lái)回運(yùn)動(dòng)B.電子一直向A板運(yùn)動(dòng)C.電子一直向B板運(yùn)動(dòng)D.電子先向B板運(yùn)動(dòng),然后向A板運(yùn)動(dòng),再返回B板做來(lái)回周期性運(yùn)動(dòng)解析:由運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律畫(huà)出如圖所示的v-t圖象可知,電子一直向B板運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C正確。答案:C8.如圖所示,A、B為兩塊足夠大的相距為d的平行金屬板,接在電壓為U的電源上。在A板的中央P點(diǎn)處放置一個(gè)電子發(fā)射源,可以向各個(gè)方向釋放電子。設(shè)電子的質(zhì)量為m、電荷量為e,射出電子的初速度為v。求電子打在B板上的區(qū)域面積。(不計(jì)電子的重力)解析:從P處發(fā)射出來(lái)

6、的電子,打向B板的運(yùn)動(dòng)軌跡類(lèi)似于拋體運(yùn)動(dòng),軌跡邊沿部分為平行于A板方向發(fā)出的電子,打在B板上的電子分布范圍為一圓形區(qū)域。打在最邊沿處的電子,即從P處平行于A板射出的電子,它們做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),在平行于A板的方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),區(qū)域半徑r=vt,沿垂直于B板方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),有a=,板間距離d=at2=t2。則區(qū)域半徑r=vd,圓形面積S=r2=。答案:9.如圖所示,兩塊相距為d,足夠長(zhǎng)的金屬板平行豎直放置,長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)絕緣線一端拴質(zhì)量為m的帶電小球,另一端固定在左板上某點(diǎn),小球靜止時(shí)絕緣線與豎直方向的夾角為,如將絕緣線剪斷,問(wèn):(1)小球?qū)⑷绾芜\(yùn)動(dòng)?(2)小球經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間打到金屬板上?

7、解析:(1)剪斷線后,小球受重力、靜電力的作用,合力為恒力,方向沿FT的反方向(即與板成角),所以小球?qū)⒀谾T的反方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),直至打到右側(cè)金屬板上。(2)由圖可知tan =所以小球的水平分加速度a水平=gtan 要打到金屬板上,水平位移x=d-Lsin 由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得x=a水平t2所以t=。答案:見(jiàn)解析B組1.兩平行金屬板相距為d,電勢(shì)差為U,一電子質(zhì)量為m、電荷量為e,從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射入電場(chǎng),最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn),然后返回,重力不計(jì),如圖所示,OA間距為h,此電子具有的初動(dòng)能是()A.B.edUhC.D.解析:電子從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn),只受靜電力,不計(jì)重力,則靜

8、電力做負(fù)功,由動(dòng)能定理得eUOA=平行板間電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng),所以UOA=Eh,而E=求得,選項(xiàng)D正確。答案:D2.(多選)示波管是示波器的核心部件,它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成,如圖所示。如果在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑,那么示波管中的()A.極板X(qián)應(yīng)帶正電B.極板X(qián)應(yīng)帶正電C.極板Y應(yīng)帶正電D.極板Y應(yīng)帶正電解析:由熒光屏上亮斑的位置可知,電子在XX偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中向X極板方向偏轉(zhuǎn),故極板X(qián)帶正電,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電子在YY偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中向Y極板方向偏轉(zhuǎn),故極板Y帶正電,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:AC3.如圖所示,有三個(gè)質(zhì)量相等,分別帶正電、負(fù)電和不帶電的小球,從平行板電場(chǎng)左端的中點(diǎn)P以相同的

9、初速度沿水平方向垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng),它們分別落在A、B、C三點(diǎn),可以判斷()A.小球A帶正電,B不帶電,C帶負(fù)電B.三個(gè)小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等C.三個(gè)小球到達(dá)極板時(shí)的動(dòng)能EkA>EkB>EkCD.三個(gè)小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度aA>aB>aC解析:三個(gè)小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng);豎直方向,帶正電荷小球受靜電力向上,合力為mg-F電,帶負(fù)電荷小球受靜電力向下,合力為mg+F電,不帶電小球只受重力,因此帶負(fù)電荷小球加速度最大,運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短,水平位移最短,帶正電荷小球加速度最小,運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng),水平位移最大,不帶電小球水平位移居中,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中

10、,三個(gè)小球豎直方向位移相等,帶負(fù)電荷小球合力做功最大,動(dòng)能改變量最大,帶正電荷小球動(dòng)能改變量最小,即EkC>EkB>EkA,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案:A4.(多選)一帶電粒子以速度v0沿豎直方向垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)E中,如圖。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,其速度變?yōu)樗椒较?大小仍為v0,則()A.靜電力等于重力B.粒子運(yùn)動(dòng)的水平位移的大小等于豎直位移的大小C.靜電力做的功一定等于重力做功的負(fù)值D.粒子電勢(shì)能的減少量一定等于重力勢(shì)能的增加量解析:粒子在水平方向上:ax=,vx=axt;豎直方向上:vy=v0-gt,到達(dá)B時(shí),vx=v0、vy=0,所以有v0=axt,0=v0-gt,故ax=g,qE=mg,選

11、項(xiàng)A正確;由動(dòng)能定理有qEx-mgh=0,得x=h,選項(xiàng)B正確;WE=-WG,選項(xiàng)C正確;EE=-EG,選項(xiàng)D正確。答案:ABCD5.如圖所示,帶負(fù)電的小球靜止在水平放置的平行板電容器兩極板間,距下極板0.8 cm,兩極板間的電勢(shì)差為300 V。如果兩極板間電勢(shì)差減小到60 V,則帶電小球運(yùn)動(dòng)到極板上需多長(zhǎng)時(shí)間?解析:取帶電小球?yàn)檠芯繉?duì)象,設(shè)它帶的電荷量為q,則帶電小球受重力mg和靜電力qE的作用。當(dāng)U1=300 V時(shí),小球受力平衡,mg=q當(dāng)U2=60 V時(shí),帶電小球向下極板做勻加速直線運(yùn)動(dòng):由F=ma知mg-q=ma又h=at2由得t= s=4.5×10-2 s。答案:4.5×10-2 s6.如圖所示,真空中水平放置的兩個(gè)相同極板Y和Y長(zhǎng)為l,相距d,足夠大的豎直屏與兩板右側(cè)相距b。在兩板間加上可調(diào)偏轉(zhuǎn)電壓U,一束質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子(不計(jì)重力)從兩板左側(cè)中點(diǎn)A以初速度v0沿水平方向射入電場(chǎng)且能穿出。求:(1)兩板間所加偏轉(zhuǎn)電壓U的范圍;(2