【學(xué)與練】高中物理粵教2019版必修3：第2章2課時(shí)分層作業(yè)7帶電粒子在電場中的運(yùn)動習(xí)題

課時(shí)分層作業(yè)(七)帶電粒子在電場中的運(yùn)動題組一帶電粒子的加速1．如圖所示為電子槍的工作原理，金屬絲加熱后可以發(fā)射電子，發(fā)射出的電子被加速電場加速，穿出金屬板上的小孔后，形成高速運(yùn)動的電子束。其中加熱電源的電動勢為E，加速電壓為U。下列說法正確的是()A．加熱電源的正負(fù)極不能接反B．加速電壓的正負(fù)極不能接反C．加速電場的電場線從金屬絲發(fā)出，終止于金屬板D．電子被加速時(shí)，一定是沿著電場線方向運(yùn)動的2．當(dāng)今醫(yī)學(xué)上對某些腫瘤采用質(zhì)子療法進(jìn)行治療，該療法用一定能量的質(zhì)子束照射腫瘤殺死癌細(xì)胞，如圖所示?，F(xiàn)用一直線加速器來加速質(zhì)子，使其從靜止開始被加速到1.0×107m/s。已知加速電場的場強(qiáng)為1.3×105N/C，質(zhì)子的質(zhì)量為1.67×10-27kg，電荷量為1.6×10-19C，則下列說法正確的是()A．加速過程中質(zhì)子電勢能增加B．質(zhì)子所受到的電場力約為2×10-15NC．質(zhì)子加速需要的時(shí)間約為8×10-6sD．加速器加速的直線長度約為4m3．如圖所示，a、b和c表示電場中的三個(gè)等勢面，a和c的電勢分別為U和15U，a、b的電勢差等于b、c的電勢差。一帶電粒子(重力不計(jì))從等勢面a上某處以速度v釋放后，僅受電場力作用而運(yùn)動，經(jīng)過等勢面c時(shí)的速度為2v，則它經(jīng)過等勢面bA．2v B．52C．32v D．1.5題組二帶電粒子的偏轉(zhuǎn)4．(多選)示波管的構(gòu)造如圖所示。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應(yīng)帶正電 B．極板X′應(yīng)帶正電C．極板Y應(yīng)帶正電 D．極板Y′應(yīng)帶正電5．兩個(gè)共軸的半圓柱形電極間的縫隙中，存在一沿半徑方向的電場，如圖所示。帶正電的粒子流由電場區(qū)域的一端M射入電場，沿圖中所示的半圓形軌道通過電場并從另一端N射出，由此可知(不計(jì)粒子重力)()A．若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的質(zhì)量一定相等B．若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的速度一定相等C．若入射粒子的電荷量與質(zhì)量之比相等，則出射粒子的速度一定相等D．若入射粒子的電荷量與質(zhì)量之比相等，則出射粒子的動能一定相等6．如圖所示，電子在電勢差為U1的電場中由靜止開始加速運(yùn)動后，垂直射入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場，整個(gè)裝置處于真空中，在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下，下列情形中一定能使電子偏移量變大的是()A．U1變大、U2變大 B．U1變小、U2變大C．U1變大、U2變小 D．U1變小、U2變小7．(多選)三個(gè)質(zhì)量相同、帶電荷量分別為＋q、－q和0的液滴a、b、c，從豎直放置的兩極板中間上方O點(diǎn)處由靜止釋放，最后從兩極板間穿過，軌跡如圖所示，則在穿過極板的過程中()A．靜電力對液滴a、b做的功相同B．三者動能的增量相同C．液滴a與液滴b電勢能的變化量相等D．重力對液滴c做的功最多8．如圖甲為示波管的原理圖。如果在電極YY′之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，在電極XX′之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是()甲乙丙ABCD9．長為L的平行金屬板水平放置，兩極板帶等量的異種電荷，板間形成勻強(qiáng)電場，一個(gè)帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的帶電粒子，以初速度v0緊貼上極板垂直于電場線方向進(jìn)入該電場，剛好從下極板邊緣射出，射出時(shí)速度恰與水平方向成30°角，如圖所示，不計(jì)粒子重力，求：(1)粒子離開電場時(shí)速度的大小；(2)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小；(3)兩板間的距離。10．(多選)如圖甲所示，A、B是一對平行的金屬板，在兩板間加上一周期為T的交變電壓U，A板的電勢φA＝0，B板的電勢φB隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。現(xiàn)有一電子從A板上的小孔進(jìn)入兩板間的電場區(qū)內(nèi)，設(shè)電子的初速度和重力的影響可忽略。則()甲乙A．若電子是在t＝0時(shí)刻進(jìn)入的，它將一直向B板運(yùn)動B．若電子是在t＝T8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動，時(shí)而向A板運(yùn)動，最后打在BC．若電子是在t＝38T時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動，時(shí)而向A板運(yùn)動，最后打在BD．若電子是在t＝T2時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動，時(shí)而向A11．(多選)如圖所示，氕(11H)、氘(12A．經(jīng)過加速電場過程，氚(1B．偏轉(zhuǎn)電場對三種原子核做功一樣多C．三種原子核運(yùn)動到屏上所用時(shí)間相同D．三種原子核都打在屏上的同一位置上12．熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，在熾熱的金屬絲和豎直金屬板間加電壓U1，從熾熱的金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出，再從水平放置的兩平行金屬板的中間水平射入兩板間的勻強(qiáng)電場中，如圖所示，電子恰能沿一板的邊緣飛出，且飛出時(shí)速度方向與水平方向成60°角，不計(jì)電子重力，電子離開金屬絲的初速度可視為零，已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e。求：(1)電子穿出金屬板小孔時(shí)的速度大??；(2)加在水平兩極板間的電壓。13．如圖所示，兩平行金屬板A、B長L＝8cm，兩板間距離d＝8cm，A板比B板電勢高300V，一不計(jì)重力的帶正電的粒子電荷量q＝1×10-10C，質(zhì)量m＝1×10-20kg，沿電場中心線RD垂直電場線飛入電場，初速度v0＝2×106m/s，粒子飛出平行板電場后可進(jìn)入界面MN、PS間的無電場區(qū)域。已知兩界面MN、PS相距為12cm，D是中心線RD與界面PS的交點(diǎn)。(1)粒子穿過MN時(shí)偏離中心線RD的距離以及速度大??？(2)粒子到達(dá)PS界面時(shí)離D點(diǎn)的距離為多少？(3)設(shè)O為RD延長線上的某一點(diǎn)，我們可以在O點(diǎn)固定一負(fù)點(diǎn)電荷，使粒子恰好可以繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動，求在O點(diǎn)固定的負(fù)點(diǎn)電荷的電荷量為多少？(靜電力常量k＝9.0×109N·m2/C2，保留兩位有效數(shù)字)課時(shí)分層作業(yè)(七)123456781011BDBACCBACBABBD1．B[金屬絲加熱后發(fā)射電子，加熱電源的正負(fù)極互換也不影響，故A錯(cuò)誤；電子加速時(shí)，當(dāng)加速電壓正負(fù)極互換，電子不被加速，故B正確；電場線從正極板出發(fā)，終止于負(fù)極板，故C錯(cuò)誤；電子被加速時(shí)，受到的電場力方向與電場線方向相反，是沿著電場線反方向運(yùn)動的，故D錯(cuò)誤。]2．D[電場力對質(zhì)子做正功，質(zhì)子的電勢能減少，A錯(cuò)誤；質(zhì)子受到的電場力大小F＝qE≈2×10-14N，B錯(cuò)誤；質(zhì)子的加速度a＝Fm≈1.2×1013m/s2，加速時(shí)間t＝va≈8×10-7s，C錯(cuò)誤；加速器加速的直線長度x＝3．B[電場力對帶電粒子做的功是合外力做的功，根據(jù)動能定理知qUac＝45qU＝12m(2v)2－12mv2，因?yàn)閁ab＝Ubc＝12Uac＝25U，則qUab＝14．AC[根據(jù)亮斑的位置，電子偏向XY區(qū)間，說明電子受到電場力作用發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因此極板X、極板Y均應(yīng)帶正電，故A、C正確。]5．C[由題圖可知，粒子在電場中做勻速圓周運(yùn)動，電場力提供向心力，由qE＝mv2r得r＝mv2qE。r、E為定值，若q相等，則mv2一定相等，但質(zhì)量m或速度v不一定相等；若qm相等，則速度v一定相等，故C正確。Ek＝12mv6．B[電子在加速電場中加速，初速度為零，由動能定理得eU1＝mv022，然后電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場做類平拋運(yùn)動，在垂直于電場方向上做勻速直線運(yùn)動，t＝lv0，平行于電場方向做勻加速直線運(yùn)動，a＝eEm＝eU2md，因此偏移量7．AC[因?yàn)橐旱蝍、b的電荷量大小相等，則兩液滴所受的靜電力大小相等，由靜止釋放，穿過兩板的時(shí)間相等，則偏轉(zhuǎn)位移大小相等，靜電力做功相等，故A正確；靜電力對a、b兩液滴做功相等，重力做功相等，則a、b動能的增量相等，對于液滴c，只有重力做功，液滴c動能的增量小于液滴a、b動能的增量，故B錯(cuò)誤；對于液滴a和液滴b，靜電力均做正功，靜電力所做的功等于電勢能的變化量，故C正確；三者在穿過極板的過程中豎直方向的位移相等，三者質(zhì)量相同，所以重力做功相等，故D錯(cuò)誤。]8．B[由于電極XX′之間所加的是掃描電壓，電極YY′之間所加的電壓為信號電壓，信號電壓與掃描電壓周期相同。在t＝0時(shí)刻，UY＝0，電子在YY′之間沒有偏轉(zhuǎn)，UX為負(fù)向最大電壓，電子只在XX′之間偏轉(zhuǎn)，并且向左有最大偏轉(zhuǎn)，故A、C錯(cuò)誤；在0～t1之間，UY＞0，UX＜0，電子在XX′之間由左向右水平移動，同時(shí)在YY′之間由正中間先向上運(yùn)動再向下運(yùn)動，所以熒光屏上會看到B選項(xiàng)所示的圖形，故B正確。]9．解析：(1)粒子離開電場時(shí)，速度與水平方向夾角為30°，由幾何關(guān)系得速度v＝v0cos30(2)粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動在水平方向上：L＝v0t，在豎直方向上：vy＝atvy＝v0tan30°＝3由牛頓第二定律得qE＝ma解得E＝3m(3)粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動，在豎直方向上：d＝12at2，解得d＝36答案：(1)23v010．AB[根據(jù)電子進(jìn)入電場后的受力和運(yùn)動情況，作出如圖所示的圖像。(a)(b)(c)(d)由圖(d)可知，當(dāng)電子在t＝0時(shí)刻進(jìn)入電場時(shí)，電子一直向B板運(yùn)動，A正確；若電子在T8時(shí)刻進(jìn)入，則由圖(d)知，向B板運(yùn)動的位移大于向A板運(yùn)動的位移，因此最后仍能打在B板上，B正確；若電子在3T8時(shí)刻進(jìn)入電場，則由圖(d)知，在第一個(gè)周期電子即返回至A板，C錯(cuò)誤；若電子是在11．BD[設(shè)加速電壓為U1，偏轉(zhuǎn)電壓為U2，偏轉(zhuǎn)極板的長度為L，板間距離為d，在加速電場中，根據(jù)動能定理可得qU1＝12mv02，解得v0＝2qU1m，已知氕的比荷最大，加速后獲得的速度最大，故A錯(cuò)誤；在偏轉(zhuǎn)電場中偏移的距離為y＝12at2＝12·qU2md·Lv02，解得y＝U2L24U1d，偏轉(zhuǎn)角度的正切值為tanθ＝atv0＝U2L2U1d，可見y和tanθ與原子的電荷量和質(zhì)量無關(guān)，所以出射點(diǎn)的位置相同，出射速度的方向也相同。故三種原子核都打在屏上的同一位置上，故D正確；偏轉(zhuǎn)電場對粒子做功為W＝qEy，由于q、E、12．解析：(1)設(shè)電子從豎直放置的金屬板的小孔穿出的速度大小為v1，從水平放置的平行金屬板邊沿射出的速度大小為v，電子在豎直的極板間加速，由動能定理有eU1＝1解得v1＝2eU(2)設(shè)加在水平兩極板間的電壓為U，電子在水平板間運(yùn)動，由動能定理有eU2＝電子飛出水平板時(shí)，由平行四邊形定則有v1＝vcos60°，即v＝2v1又有eU1＝1由以上各式可得U＝6U1。答案：(1)2eU1m13．解析：(1)粒子進(jìn)入A、B后應(yīng)做類平拋運(yùn)動，設(shè)在A、B板間運(yùn)動時(shí)加速度大小為a，時(shí)間為t1，在MN界面處速度為v，沿MN的分速度為vy，偏移位移為y，v與水平方向夾角為α，運(yùn)動軌跡如圖所示。則L＝v0t1 ①y＝12a＝qUvy＝at1 ④由以上各式，代入數(shù)據(jù)解得y＝