2021-2022高中物理人教版選修3-1作業(yè)：第一章第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動1Word版含解析

《帶電粒子在電場中的運(yùn)動》基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．下列粒子從靜止?fàn)顟B(tài)經(jīng)過電壓為U的電場加速后速度最大的是()A．質(zhì)子11HB．氘核21HC．α粒子42HeD．鈉離子Na＋【解析】qU＝12mv2得v＝2qUm，可判斷質(zhì)子速度最大．【答案】A2．如圖所示，在A板附近有一電子由靜止開始向B板運(yùn)動．則關(guān)于電子到達(dá)B板時的速率，下列解釋正確的是()A．兩極板間距越大，加速的時間就越長，則獲得的速率板越大B．兩極板間距越小，加速的時間就越長，則獲得的速率越大C．獲得的速率大小與兩極間的距離無關(guān)，與所加電壓U有關(guān)D．兩極板間距離越小，加速的時間越短，則獲得的速率越小【解析】由qU＝12mv2得v＝2qUm，速度v取決于比荷及電壓，C正確．【答案】C3．一束帶電粒子以相同的速率從同一位置，垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場中，所有粒子的運(yùn)動軌跡都是一樣的．這說明所有粒子()A．都具有相同的質(zhì)量B．都具有相同的電荷量C．電荷量與質(zhì)量之比都相同D．都是同位素【解析】據(jù)y＝12at2，a＝qEm，t＝xv0知，帶電粒子在電場中的軌跡方程為y＝qE2mv20x2.由此看出只要粒子的電荷量與質(zhì)量比qm相同，它們的軌跡就相同，C項(xiàng)正確．【答案】C4.如圖所示，從F處釋放一個無初速度的電子向B板方向運(yùn)動，則下列對電子運(yùn)動的描述中錯誤的是(設(shè)電源電動勢為U)()A．電子到達(dá)B板時的動能是UeB．電子從B板到達(dá)C板動能變化量為零C．電子到達(dá)D板時動能是3UeD．電子在A板和D板之間做往復(fù)運(yùn)動【解析】電子在A、B之間做勻加速直線運(yùn)動，且eU＝ΔEk，A正確；在B、C之間做勻速直線運(yùn)動，B正確；在C、D之間做勻減速直線運(yùn)動，到達(dá)D板時，速度減為零，C錯誤，D正確．【答案】C5．(多選)如圖甲所示，三個相同的金屬板共軸排列，它們的距離與寬度均相同，軸線上開有小孔，在左邊和右邊兩個金屬板上加電壓U后，金屬板間就形成勻強(qiáng)電場；有一個比荷qm＝1.0×10－2C/kg的帶正電的粒子從左邊金屬板小孔A處由靜止釋放，粒子在靜電力作用下從小孔射出(不計(jì)粒子重力)，其v－t圖像如圖乙所示，則下列說法正確的是()A．左側(cè)金屬板接電源的正極B．所加電壓U＝100VC．乙圖中的v2＝2m/sD．通過極板間隙所用時間之比為1∶(2－1)【解析】帶電粒子從左極板向右運(yùn)動，可判定左極板接電源正極，選項(xiàng)A正確；由v－t圖像可得粒子的加速度a＝2m/s2，兩極板的間距d＝0.25m，由qE＝ma得E＝200V/m，U＝2Ed＝100V，選項(xiàng)B正確；可將粒子在兩個間隙間的運(yùn)動看成是初速度為0的連續(xù)勻加速運(yùn)動，兩間隙距離相等，由勻變速運(yùn)動的規(guī)律可得t1∶t2＝1∶(2－1)，v1∶v2＝1∶2，將v1＝1m/s代入，得v2＝2m/s，選項(xiàng)C錯誤，D正確．【答案】ABD6.在真空中上、下兩區(qū)域均為豎直向下的勻強(qiáng)電場，其電場線分布如圖所示，有一帶負(fù)電的粒子，從上邊區(qū)域沿一條電場線以速度v0勻速下落，并進(jìn)入下邊區(qū)域(該區(qū)域的電場足夠廣)，在下圖所示的速度—時間圖象中，符合粒子在電場內(nèi)運(yùn)動情況的是(以v0方向?yàn)檎较?()【解析】觀察題圖知下方勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大，當(dāng)粒子進(jìn)入下方區(qū)域后，因向上的靜電力大于重力，必使粒子先減速至0，后反向加速至v0到達(dá)邊界，再進(jìn)入上方電場做勻速運(yùn)動．【答案】C7.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板間，距下板距離為h，兩板間的電勢差為U1，如果兩板間電勢差減小到U2，則帶電小球運(yùn)動到極板上需多長時間？(板間距為d)【解析】取帶電小球?yàn)檠芯繉ο?，設(shè)它帶電荷量為q，則帶電小球受重力mg和靜電力qE的作用．當(dāng)電勢差為U1時，小球平衡：mg＝qU1d①當(dāng)電勢差為U2時，帶電小球向下做勻加速直線運(yùn)動，由牛頓第二定律得：mg－qU2d＝ma②又h＝12at2③由①②③得：t＝2U1hU1－U2g.【答案】2U1hU1－U2g8.如圖所示，一個電子以4×106m/s的速度沿與電場線垂直的方向從A點(diǎn)飛進(jìn)勻強(qiáng)電場，并且從另一端B點(diǎn)沿與場強(qiáng)方向成150°角方向飛出，那么，A、B兩點(diǎn)間的電勢差為多少伏？(電子的質(zhì)量為9.1×10－31kg)【解析】電子在水平方向做勻速直線運(yùn)動，即達(dá)B點(diǎn)時，水平分速度仍為vA，則vB＝vA/cos60°＝2vA.由動能定理得：－eUAB＝12mv2B－12mv2A，解得UAB＝－1.4×102V.【答案】－1.4×102V能力提升1.如圖所示，一個帶電粒子，從粒子源飄入(初速度很小，可忽略不計(jì))電壓為U1的加速電場，經(jīng)加速后從小孔S沿平行金屬板A、B的中心線射入，A、B板長為l，相距為d，電壓為U2.則帶電粒子能從A、B板間飛出，應(yīng)該滿足的條件是()A.U2U1≤2dlB.U2U1≤dlC.U2U1≤2d2l2D.U2U1≤d2l2【解析】設(shè)帶電粒子經(jīng)過加速電場后的速度為v0，則有qU1＝12mv20，帶電粒子穿過偏轉(zhuǎn)電場的時間t＝lv0＝lm2qU1，偏移距離y＝12at2＝12·qU2md·l2m2qU1＝l2U24U1d，要想帶電粒子能從A、B板間射出，則應(yīng)滿足y≤d2，即l2U24U1d≤d2，所以U2U1≤2d2l2，C正確．【答案】C2.如圖所示，平行金屬板A、B水平正對放置，分別帶等量異號電荷．一帶電微粒水平射入板間，在重力和電場力共同作用下運(yùn)動，軌跡如圖中虛線所示，那么()A．若微粒帶正電荷，則A板一定帶正電荷B．微粒從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)電勢能一定增加C．微粒從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)動能一定增加D．微粒從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)機(jī)械能一定增加【解析】由粒子運(yùn)動軌跡可知帶電微粒所受的合力方向向下，即電場力方向向上且Eq<mg或電場力方向向下，因此A板電性無法確定，選項(xiàng)A錯誤；電場力方向不確定、做功情況就不確定．電勢能和機(jī)械能的變化就不確定．選項(xiàng)B、D錯誤；合力做正功，動能一定增加，選項(xiàng)C正確．【答案】C3.(多選)如圖所示，用絕緣細(xì)線拴一帶負(fù)電小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，勻強(qiáng)電場方向豎直向下，則()A．當(dāng)小球運(yùn)動到最高點(diǎn)a時，線的張力一定最小B．當(dāng)小球運(yùn)動到最低點(diǎn)b時，小球的速度一定最大C．當(dāng)小球運(yùn)動到最高點(diǎn)a時，小球的電勢能最小D．小球在運(yùn)動過程中機(jī)械能不守恒【解析】若qE＝mg，小球做勻速圓周運(yùn)動，小球在各處對細(xì)線的拉力一樣；若qE<mg，小球在a處速度最小，對細(xì)線的拉力最小；若qE>mg，球在a處速度最大，對細(xì)線的拉力最大．故A、B錯．a(chǎn)點(diǎn)電勢最高，負(fù)電荷在電勢最高處電勢能最低，故C正確．小球在運(yùn)動過程中除重力外，還有靜電力做功，機(jī)械能不守恒，D正確．【答案】CD4．如圖所示，電場強(qiáng)度大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中有一矩形區(qū)域abcd，水平邊ab長為s，豎直邊ad長為h.質(zhì)量均為m、帶電荷量分別為＋q和－q的兩粒子，由a、c兩點(diǎn)先后沿ab和cd方向以速率v0進(jìn)入矩形區(qū)(兩粒子不同時出現(xiàn)在電場中)．不計(jì)重力．若兩粒子軌跡恰好相切，則v0等于()A.s22qEmhB.s2qEmhC.s42qEmhD.s4qEmh【解析】因?yàn)閮闪Ｗ榆壽E恰好相切，切點(diǎn)為矩形區(qū)域中心，則對其中一個粒子，水平方向s2＝v0t，豎直方向h2＝12at2，且滿足a＝Eqm，三式聯(lián)立解得v0＝s2Eqmh，故B正確．【答案】B5．如圖所示，在空間中取直角坐標(biāo)系xOy，在第一象限內(nèi)平行于y軸的虛線MN與y軸距離為d＝4cm，從y軸到MN之間的區(qū)域充滿一個沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E＝375V/m.初速度可以忽略的帶負(fù)電的粒子經(jīng)過另一個電勢差為U＝10V的電場加速后，從y軸上的A點(diǎn)以平行于x軸的方向射入第一象限區(qū)域，OA的距離h＝4.5cm.已知帶電粒子的比荷為qm＝0.8C/kg，帶電粒子的重力忽略不計(jì)，求：(1)帶電粒子從A點(diǎn)進(jìn)入電場到離開該電場區(qū)域所經(jīng)歷的時間t和離開電場區(qū)域時的速率v；(2)帶電粒子經(jīng)過x軸時離坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離l.【解析】(1)由qU＝12mv20得粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場區(qū)域的初速度v0＝4m/s.假設(shè)粒子從MN離開，則粒子在勻強(qiáng)電場區(qū)域的運(yùn)動時間t＝0.01sy＝12·qEm·t