高中物理人教版1第一章靜電場第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 全國優(yōu)質(zhì)課

第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)（滿分100分，60分鐘完成）班級(jí)_______姓名______目的要求：1．掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)的規(guī)律；2．能綜合運(yùn)用力學(xué)和電學(xué)的知識(shí)分析、解決帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題。第Ⅰ卷(選擇題共48分)一、選擇題：本大題共6小題，每小題8分，共48分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，至少有一個(gè)選項(xiàng)正確，選對(duì)的得8分，對(duì)而不全得4分。選錯(cuò)或不選的得0分。1．如圖1所示，一束一價(jià)正離子流垂直于電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，若它們飛出電場的偏向角相同，則可斷定它們進(jìn)入電場時(shí) （）圖1A．一定具有相同的質(zhì)量圖1 B．一定具有相同的速度 C．一定具有相同的動(dòng)能 D．一定具有相同的動(dòng)量2．如圖2所示，一束帶電粒子（不計(jì)重力）垂直電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，試討論以下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件下才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角φ（U、d、L保持不變）（）圖2A．進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的速度相同圖2 B．進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動(dòng)能相同 C．進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動(dòng)量相同 D．先由同一加速電場加速后，再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場3．（）．t圖3U0φ-U0Tt圖3U0φ-U0T2TO．．圖4EP1P2O4．一帶正電的小球，系于長為的不可伸長的輕線一端，線的另一端固定在O點(diǎn)，它們處在勻強(qiáng)電場中，電場的方向水平向右，場強(qiáng)的大小為E。已知電場對(duì)小球的作用力的大小等于小球的重力?，F(xiàn)先把小球拉到圖中的P1處，使輕線拉直，并在場強(qiáng)方向平行，然后由靜止釋放小球。已知小球在經(jīng)過最低點(diǎn)的瞬間，因受線的拉力作用，其速度的豎直分量突變?yōu)榱?，水平分量沒有變化，則小球到達(dá)與P1點(diǎn)等高的圖4EP1P2O A． B． C． D．05．如圖5示，K為燈絲，通電加熱后可發(fā)射電子，A為有中心小孔O1的金屬板，A、K間加有電壓U1，可使電子加速，C、D為相互平行的金屬板，MN為熒光屏，當(dāng)C、D間不加電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的O2點(diǎn)；當(dāng)C、D之間加有電壓U2時(shí)，電子束打在熒光屏上另外一點(diǎn)P，欲使P點(diǎn)距O2再近一點(diǎn)，以下哪些措施是可行的 （）圖5 A．增大A、K之間距離圖5 B．增大電壓U1 C．增大C、D之間距離 D．增大電壓U26．如圖6所示，A、B是一對(duì)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)律為：在0到T/2的時(shí)間內(nèi)，φB＝φ0（正的常數(shù)）；在T/2到T的時(shí)間內(nèi)，φB＝－φ0；在T到3T/2的時(shí)間內(nèi)，φB＝φ0；在3T/2到2T的時(shí)間內(nèi)。φB＝－φ0……，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均可忽略，則 （）圖6U A．若電子是在t＝0時(shí)刻進(jìn)入的，圖6U B．若電子是在t＝T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，最后打在B板上 C．若電子是在t＝3T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，最后打在B板上 D．若電子是在t＝T/2時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板、時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng) 第Ⅱ卷（非選擇題，共52分）二、填空、實(shí)驗(yàn)題：本大題共3小題，每小題8分，共24分。把正確答案填寫在題中橫線上或按要求作答。OEv0圖77．如圖7所示，在光滑水平面上的O點(diǎn)系一長為的絕緣細(xì)線，線的另一端系一質(zhì)量為m、帶電量為q的小球，當(dāng)沿細(xì)線方向加上場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場后，小球處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)給小球一垂直于細(xì)線的初速度v0使小球在水平面上開始運(yùn)動(dòng)，若v0OEv0圖78．AE圖8OBθ9．如圖8所示，勻強(qiáng)電場方向水平向右，場強(qiáng)E＝×106V/m，絲線長l＝40cm，上端系于O點(diǎn)，下端系質(zhì)量為m＝×10－4kg，電荷量為q＝＋×10－10C的小球，將小球從最低點(diǎn)A由靜止釋放，則小球擺到最高點(diǎn)B時(shí)絲線與豎直方向的夾角θ為___________。AE圖8OBθ三、計(jì)算題：本大題共2小題，計(jì)28分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。Omθ圖910.（12分）如圖9示，在方向水平向右的勻強(qiáng)電場中，一不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)線的一端連著一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電的小球，另一端固定于OOmθ圖911．（16分）真空中存在空間范圍足夠大的、水平向右的勻強(qiáng)電場。在電場中，若將一個(gè)質(zhì)量為m、帶正電的小球由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)中小球速度與豎直方向夾角為37o（取sin37o＝，cos37o＝）。 現(xiàn)將該小球從電場中某點(diǎn)以初速度v0豎直向上拋出。求運(yùn)動(dòng)過程中 （1）小球受到的電場力的大小及方向； （2）小球從拋出點(diǎn)至最高點(diǎn)的電勢能變化量； （3）小球的最小動(dòng)量的大小及方向。第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)參考答案一、選擇題：1．【答案】C【點(diǎn)撥】因tanθ＝，質(zhì)子和氘核的帶電量q相同，只要mv02相同，或者說動(dòng)能相同，θ就相同。2．【答案】D【點(diǎn)撥】偏轉(zhuǎn)距離，偏轉(zhuǎn)角。如果v0相同，還必須有比荷相同，y、φ才相同，A錯(cuò)誤；如果相同，還必須有q相同，y、φ才相同，B錯(cuò)誤；如果mv0相同，還必須有相同，y、φ才相同，C錯(cuò)誤；設(shè)加速電壓為U′，由，可得：，所以，此時(shí)不論帶電粒子的m、q如何，只要經(jīng)過同一加速電場加速，再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，y和φ都相同。D正確。3．【答案】AC【點(diǎn)撥】4．【答案】B【點(diǎn)撥】小球的運(yùn)動(dòng)可分為三個(gè)過程：第一過程：小球沿直線做加速運(yùn)動(dòng)到達(dá)O點(diǎn)正下方的最低點(diǎn)。對(duì)于小球沿直線做加速運(yùn)動(dòng)到達(dá)O點(diǎn)正下方的最低點(diǎn)的過程，根據(jù)動(dòng)能定理得：。第二過程：小球在經(jīng)過最低點(diǎn)的瞬間，因受線的拉力作用，其速度的豎直分量突變?yōu)榱?，水平分量沒有變化，求得：。第三過程：小球在經(jīng)過最低點(diǎn)后做圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)P2。設(shè)小球在經(jīng)過最低點(diǎn)后做圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)P2時(shí)的速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理得：，由以上各式解得：。B正確。5．【答案】BC【點(diǎn)撥】經(jīng)加速有：，由偏轉(zhuǎn)規(guī)律得，偏轉(zhuǎn)角φ的正切為：＝。帶電粒子離開電場時(shí)速度的反向延長線交于極板的中點(diǎn)，根據(jù)幾何關(guān)系知，欲使P點(diǎn)距O2再近點(diǎn)，即使tanφ減小，B、C正確。6．【答案】AB【點(diǎn)撥】若電子在t＝0時(shí)刻進(jìn)入，電子在0～向B板加速，在～T內(nèi)，由對(duì)稱性知電子在t＝T時(shí)恰減速至0，然后再重復(fù)前一周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，A正確；若電子在進(jìn)入，在向B板加速，由對(duì)稱性，在t＝時(shí)減速到0，在～T內(nèi)反向加速，T～反向減速至0，再重復(fù)以上運(yùn)動(dòng)。粒子向B板運(yùn)動(dòng)距離大于反向向A板運(yùn)動(dòng)的距離，所以最后打在B板，B正確；同理可分析，在進(jìn)入，電子會(huì)返回在A板小孔中穿出，C錯(cuò)誤；在進(jìn)入，進(jìn)入以后即減速，因v0很小，電子馬上返回小孔射出，D錯(cuò)誤。二、填空、實(shí)驗(yàn)題：7．【答案】【點(diǎn)撥】小球沿場強(qiáng)方向的加速度為a＝，由于初速度v0很小，小球在水平面上做“類單擺運(yùn)動(dòng)”，周期Ｔ＝2π＝，題中所求時(shí)間為半周期。8．【答案】×1015；2∶1【點(diǎn)撥】n＝＝×1015個(gè)；設(shè)質(zhì)子在與質(zhì)子源相距l(xiāng)和4l的兩處的速度分別為v1、v2，則＝＝。極短的相等長度質(zhì)子流中質(zhì)子數(shù)之比為：。9．【答案】74°【點(diǎn)撥】根據(jù)等效重力場分析，由已知電場力Fe＝qE＝，擺動(dòng)到平衡位置時(shí)絲線與豎直方向成37o角，因此最大擺角為θ＝74o。三、計(jì)算題：10．【答案】【解析】由題給條件可知，小球受的電場力的方向水平向右。否則，帶電小球?qū)⒉粫?huì)沿圖圓弧向下運(yùn)動(dòng)而是先沿電場力和重力的合力方向沿斜向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)全過程由動(dòng)能定理得：mglcosθ＝qEl（1＋sinθ）qEOAvqEOAvTmgT－mg＝當(dāng)小球由A擺至最低點(diǎn)B時(shí)，由動(dòng)能定理mgl－qEl＝聯(lián)立解得：T＝。11．【答案】（1），水平向右；（2）減少；（3），與電場方向夾角為37o，斜向上。【解析】（1）根據(jù)題設(shè)條件，電場力大小Fe＝mgtan37o＝電場力的方向水平向右。（2）小球沿豎直方向做勻減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系有：vy＝v0－gt沿水平方向做初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為：ax＝＝小球上升到最高點(diǎn)的時(shí)間t＝此過程小球沿電場方向的位移為：sx＝axt2＝電場力做功為W＝Fxsx＝。故小球上