高中物理人教版1第一章靜電場(chǎng)第9節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 全市獲獎(jiǎng)

第9節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)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．掌握帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)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(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題。第Ⅰ卷(選擇題共48分)一、選擇題：本大題共8小題，每小題6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6分，對(duì)而不全得3分。選錯(cuò)或不選的得0分。1．讓質(zhì)子和氘核的混合物沿著與電場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，要使它們最后偏轉(zhuǎn)角相同，這些粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)必須具有相同的 （） A．初速度 B．動(dòng)能 C．動(dòng)量 D．質(zhì)量2．如圖1所示，靜止的電子在加速電壓U1的作用下從O經(jīng)P板的小孔射出，又垂直進(jìn)入平行金屬板間的電場(chǎng)，在偏轉(zhuǎn)電壓U2的作用下偏轉(zhuǎn)一段距離。現(xiàn)使U1加倍，要想使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生變化，應(yīng)該 （）圖1 A．使U2加倍圖1 B．使U2變?yōu)樵瓉?lái)的4倍 C．使U2變?yōu)樵瓉?lái)的倍 D．使U2變?yōu)樵瓉?lái)的倍3．a(chǎn)、b、c三個(gè)α粒子由同一點(diǎn)垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，其軌跡如圖2所示，其中b恰好飛出電場(chǎng).由此可以肯定 （）abc圖2A．在babc圖2B．b和c同時(shí)飛離電場(chǎng) C．進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c的速度最大，a的速度最小 D．動(dòng)能的增量，c的最小，a和b的一樣大EH圖3α4．質(zhì)量為m的物塊，帶正電Q，開始時(shí)讓它靜止在傾角α＝60o的固定光滑絕緣斜面頂端，整個(gè)裝置放在水平方向、大小為E＝的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖3所示，斜面高為H，釋放物體后，物塊落地的速度大小為EH圖3α A． B． C．2 D．25．如圖4所示，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開始運(yùn)動(dòng)，然后射入電勢(shì)差為U2的兩場(chǎng)平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行，整裝置處于真空中，重力可忽略，在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下列情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角θ變大的是 （）圖4U1U2θ＋－圖4U1U2θ＋－ B．U1變小，U2變大 C．U1變大，U2變小 D．U1變小，U2變小6．如圖5所示，從F處釋放一個(gè)無(wú)初速的電子向B極方向運(yùn)動(dòng)，指出下列對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的描述中哪些是正確的（設(shè)電源電壓為U） （）圖5 A．電子到達(dá)B板時(shí)的動(dòng)能是eU圖5 B．電子從B板到達(dá)C板動(dòng)能變化量為零 C．電子到達(dá)D板時(shí)動(dòng)能是3eV D．電子在A板和D板之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)7．如圖6所示，在粗糙、絕緣且足夠大的水平面上固定著一個(gè)帶負(fù)電荷的點(diǎn)電荷Q。將一個(gè)質(zhì)量為m帶電荷為q的小金屬塊（金屬塊可以看成為質(zhì)點(diǎn)）放在水平面上并由靜止釋放，金屬塊將在水平面上沿遠(yuǎn)離Q的方向開始運(yùn)動(dòng)，則在金屬塊的整個(gè)過(guò)程中 （）圖6A．電場(chǎng)力對(duì)金屬塊做的功等于金屬塊增加的機(jī)械能圖6B．金屬塊的電勢(shì)能先減小后增大C．金屬塊的加速度一直減小D．電場(chǎng)對(duì)金屬塊所做的功一定等于摩擦產(chǎn)生的熱8．如圖7所示，為一有界勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)樗椒较颍ㄌ摼€為電場(chǎng)線），一帶負(fù)電微粒以某一角度θ從電場(chǎng)的a點(diǎn)斜向上方射入，沿直線運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，則可知 （）abθ圖7 A．電場(chǎng)中aabθ圖7 B．微粒在a點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢(shì)能之和與在b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢(shì)能之和相等 C．微粒在a點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能小于在b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能，在a點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能大于在b點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能 D．微粒在a點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能大于在b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能，在a點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能小于在b點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能第Ⅱ卷（非選擇題，共52分）二、填空、實(shí)驗(yàn)題：本大題共5小題，每小題5分，共25分。把正確答案填寫在題中橫線上或按要求作答。9．質(zhì)量為2×10－16kg的帶正電油滴，靜止在水平放置的兩塊平行金屬板之間，兩板距離為3.2cm.兩板間電壓的最大可能值是_________V，從最大值開始三個(gè)逐漸減少的數(shù)值是_________、_________、_________。（g取10m/s2）10．一質(zhì)量為m，電量為q的帶電粒子（不計(jì)重力），以平行于電場(chǎng)線的初速度v0射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，經(jīng)過(guò)ts時(shí)間，帶電粒子具有的電勢(shì)能與剛射入到電場(chǎng)時(shí)具有的電勢(shì)能相同.則此勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度為_________，帶電粒子在電場(chǎng)中所通過(guò)的路程為___________。11．一個(gè)動(dòng)能為Ek的帶電粒子，垂直于電力線方向飛入平行板電容器，飛出電容器時(shí)動(dòng)能為2Ek，如果使這個(gè)帶電粒子的初速度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，那么它飛出電容器時(shí)的動(dòng)能變?yōu)開__________。圖812．真空中有兩平行金屬板，如圖8所示，兩板間的電勢(shì)差為U，兩板間距離為d。設(shè)有一些帶正電荷q、質(zhì)量為m的粒子，以初速度v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，設(shè)粒子穿過(guò)電場(chǎng)后剛好從距金屬板處飛出，帶電粒子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度是。圖8圖9v0dL13．一束質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子以平行于兩極板的速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖9所示，如果兩極板間電壓為U，兩極板間的距離為d、板長(zhǎng)為L(zhǎng)，設(shè)粒子束不會(huì)擊中極板，則粒子從進(jìn)入電場(chǎng)到飛出極板時(shí)電勢(shì)能的變化量為___________（圖9v0dL三、計(jì)算題：本大題共2小題，計(jì)27分。解答應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)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。14．（12分）一初速為零的帶電粒子經(jīng)電壓為U＝×103V的勻強(qiáng)電場(chǎng)加速后，獲得×103m/s的速度，粒子通過(guò)加速電場(chǎng)的時(shí)間t＝×10－4s，不計(jì)重力的作用，則帶電粒子的比荷為多大？勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為多大？·DABdhm，qv0圖10C15．（15分）如圖10所示，水平上下放置的平行金屬板A、B相距d，B板的正中有小孔C，在小孔C的正下方距C孔為h的D點(diǎn)處有質(zhì)量為m，帶電量為q（q＞0）的微粒，以速度v0豎直向上飛出·DABdhm，qv0圖10C第9節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)參考答案一、選擇題：1．【答案】B【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(shuō)動(dòng)能相同，θ就相同。2．【答案】A【點(diǎn)撥】要使電子軌跡不變，則應(yīng)使電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后，任一水平位移x所對(duì)應(yīng)的偏距y保持不變。由y＝at2＝··（）2＝和qU1＝mv02得y＝?？梢?jiàn)在x、y一定時(shí)，U2∝U1。3．【答案】ACD【點(diǎn)撥】因?yàn)樵陔妶?chǎng)方向三個(gè)粒子的加速度相同，所以在b飛離電場(chǎng)的同時(shí)，а剛好打在負(fù)極板上，A正確，B錯(cuò)誤；取任意相同的時(shí)間，a的位移最小，c的位移最大，C正確；在電場(chǎng)方向，a、b通過(guò)的距離相同，大于c通過(guò)的距離，D正確。4．【答案】C【點(diǎn)撥】根據(jù)物體的受力知，重力與電場(chǎng)力的合力方向與水平方向的夾角為30o，合力大小為2mg，物體不會(huì)沿斜面下滑，而是沿著重力和電場(chǎng)力合力的方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為2g。物體從靜止開始至地面移動(dòng)的距離為2H，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系可計(jì)算出落地速度，C正確5．【答案】B【點(diǎn)撥】電子經(jīng)加速、偏轉(zhuǎn)飛出電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角的正切計(jì)算公式為：。一定能使θ變大的情況是U2變大、U1變小，B正確。6．【答案】ABD【點(diǎn)撥】電子從A到B電場(chǎng)力做正功eU，電子到達(dá)B板時(shí)的動(dòng)能是eU，A正確；從B到C做勻速運(yùn)動(dòng)，電子從B板到達(dá)C板動(dòng)能變化量為零，B正確；從C到D做減速運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做負(fù)功eU，在D板時(shí)速度減為零之后返回，在A、D板間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤，D正確。7．【答案】D【點(diǎn)撥】金屬塊由靜止先加速，后減速，最后速度為零。金屬塊的機(jī)械能先增大后減小，初末狀態(tài)的機(jī)械能不變，A錯(cuò)誤；電場(chǎng)力始終做正功，電勢(shì)能始終減小，B錯(cuò)誤；加速度先減小而后增大，C錯(cuò)誤；由能量守恒可知，電場(chǎng)力對(duì)金屬塊做的功應(yīng)等于摩擦而產(chǎn)生的熱量，D正確。8．【答案】D【點(diǎn)撥】因帶電微粒從a點(diǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)方向一定水平向右，故a點(diǎn)的電勢(shì)一定高于b點(diǎn)的電勢(shì)，A錯(cuò)誤；微粒在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能、電勢(shì)能、重力勢(shì)能三種能量之和保持不變，因?yàn)槲⒘Ｔ赼點(diǎn)的重力勢(shì)能小于在b點(diǎn)的重力勢(shì)能，B錯(cuò)誤；又因?yàn)閹щ娢⒘腶點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，合外力做負(fù)功，故動(dòng)能減小，即Eka＞Ekb。從a到b，電場(chǎng)力做負(fù)功，故電勢(shì)能增加，即E電a＜E電b。C錯(cuò)誤，D正確。二、填空、實(shí)驗(yàn)題：9．【答案】400；400V；200V；【點(diǎn)撥】由于帶正電油滴的電荷量不知，但總是為q＝ne，根據(jù)二力的平衡得：mg＝qE＝所以：U＝，n＝1，2，3，4，……。10．【答案】；【點(diǎn)撥】根據(jù)題意，經(jīng)ts時(shí)間，帶電粒子具有的電勢(shì)能與剛射入到電場(chǎng)時(shí)具有相同的電勢(shì)能，這表明在t時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功為零，也就是說(shuō)經(jīng)ts后帶電粒子又回到原來(lái)的等勢(shì)面上，由此確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)是類豎直上拋運(yùn)動(dòng)。所以t＝，所以E＝。在時(shí)間內(nèi)平均速度＝，所以，得s＝。11．【答案】【點(diǎn)撥】因?yàn)槠D(zhuǎn)距離為，所以帶電粒子的初速度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍時(shí)，偏轉(zhuǎn)距離變?yōu)椤Ｋ噪妶?chǎng)力做功只有W＝Ek，所以它飛出電容器時(shí)的動(dòng)能變?yōu)椤?2．【答案】【點(diǎn)撥】根據(jù)動(dòng)能定理得：q，得：vt＝。13．【答案】【點(diǎn)撥】帶電粒子以平行于兩極板的速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，在垂直極板方向做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，發(fā)生的側(cè)移y＝at2＝。帶電粒子從進(jìn)入電場(chǎng)到飛出極板的過(guò)程中電場(chǎng)力做的功為：W＝qE·y＝q，所以帶電粒子的電勢(shì)能減少。三、計(jì)算題：14．【答案】×103C/kg；×104V/m；【解析】由動(dòng)能定