2023年高考物理預(yù)測題練習(xí) 帶電粒子在電場中運(yùn)動含答案

高考物理預(yù)測題之帶電粒子在電場中運(yùn)動

一、單選題

1.如圖所示，示波管由電子槍豎直方向偏轉(zhuǎn)電極YY'、水平方向偏轉(zhuǎn)電極XX'和熒光屏組成。電極

XX,的長度為1、間距為d、極板間電壓為U,YY'極板間電壓為零，電子槍加速電壓為10U。電子剛

離開金屬絲的速度為零，從電子槍射出后沿00'方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電極。已知電子電荷量為e,質(zhì)量為m,

則電子O

io廠偏轉(zhuǎn)電極熒光屏

A.在XX'極板間的加速度大小為“

m

B.打在熒光屏?xí)r，動能大小為HeU

C.在XX'極板間受到電場力的沖量大小為、，嬴F

D.打在熒光屏?xí)r，其速度方向與00'連線夾角α的正切Ianα=，；

IOd

2.甲、乙兩個(gè)帶電粒子的電荷量和質(zhì)量分別為（-<?，〃“、（-q,4m）,它們先后經(jīng)過同一加速電場由靜

止開始加速后，由同一點(diǎn)進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，兩粒子進(jìn)入時(shí)的速度方向均與偏轉(zhuǎn)電場方向垂直，如圖

所示。粒子重力不計(jì)。則甲、乙兩粒子（）

A.進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度大小之比為1：2

B.離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的動能之比為1：1

C.在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動的時(shí)間相同

D.離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度方向不同

3.微信運(yùn)動步數(shù)的測量是通過手機(jī)內(nèi)電容式加速度傳感器實(shí)現(xiàn)的。其原理如圖所示，R為定值電阻，M

和N為電容器兩極板，M極板固定在手機(jī)上，N極板兩端與固定在手機(jī)上的兩輕彈簧連接，當(dāng)手機(jī)的加

速度變化時(shí)，N極板只能按圖中標(biāo)識的“前后”方向運(yùn)動。下列說法正確的是（）

R

M

JT=

前

左《j+右

后

A.勻速運(yùn)動時(shí),電阻R中有電流

B.向前減速時(shí)，電容器所帶電荷量減小

C.向前加速時(shí)，電流由a向b流過電流表

D.保持向前勻加速運(yùn)動的過程中，MN之間的電場強(qiáng)度不變

二、多選題

4.有H、‘H、H、'C和,HC五種帶電粒子，其中某兩種粒子從S點(diǎn)先后由靜止經(jīng)電壓為U的電場

加速后，沿水平方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場（場強(qiáng)大小為E、方向豎直向下）和勻強(qiáng)磁場（磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為

B、方向垂直紙面向里）的疊加區(qū)后做直線運(yùn)動，最終打在足夠大的光屏的中心O點(diǎn)，如右圖。整個(gè)裝

置處于真空中，不計(jì)粒子的重力和粒子間相互作用，則（）

Io

髭

A.兩種粒子的電荷量相等

B.兩種粒子的比荷"相等，且"=』.

wm2LB

C.若撤去勻強(qiáng)電場，兩種粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)間不相等

D.若撤去勻強(qiáng)磁場，兩種粒子均能飛出勻強(qiáng)電場，則能打在光屏上的同一點(diǎn)

5.如圖所示，同一平面內(nèi)，一帶電的粒子以一定的初速度進(jìn)入某點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中，沿圖中彎曲的

虛線軌跡先后經(jīng)過電場中的a、6兩點(diǎn)，其中a點(diǎn)的場強(qiáng)大小為匕，方向與aA連線成30°角；6點(diǎn)的

場強(qiáng)大小為方向與aA連線成60°角，粒子只受電場力的作用，下列說法中正確的是（)

b''

A.粒子帶負(fù)電

B.a點(diǎn)的電勢高于6點(diǎn)電勢

C.粒子在a點(diǎn)電勢能大于在8點(diǎn)的電勢能

D.粒子在a點(diǎn)的加速度大于在b點(diǎn)的加速度

6.制備納米薄膜的裝置可簡化為真空中的兩平行極板，如圖所示，B板接地，A板上電勢隨時(shí)間做周

期性變化，A板電勢最大值為周期為T,極板間距為d,電荷量為q在兩板中央固定一帶負(fù)電的粒

子，其質(zhì)量為m,重力忽略不計(jì)，下列說法正確的是（）

A.若在/二。時(shí)刻釋放該粒子，粒子到達(dá)極板的最大速度可能為

4md

B.若在時(shí)刻釋放該粒子，粒子可能在7?時(shí)刻到達(dá)B板

C.若在,=I時(shí)刻釋放該粒子，粒子的運(yùn)動方向不變

D.在任何時(shí)刻釋放該粒子，粒子的動量變化量大小的都不可能大于

三、綜合題

7.如圖所示為示波管的結(jié)構(gòu)原理圖，加熱的陰極K發(fā)出的電子（初速度可忽略不計(jì)）經(jīng)電勢差為U。的

AB兩金屬板間的加速電場加速后，從一對水平放置的平行正對帶電金屬板的左端中心（7點(diǎn)沿中心軸線

O'O射入金屬板間垂直于熒光屏M）,兩金屬板間偏轉(zhuǎn)電場的電勢差為U,電子經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)

后打在右側(cè)豎直的熒光屏M上。整個(gè)裝置處在真空中，加速電場與偏轉(zhuǎn)電場均視為勻強(qiáng)電場，忽略電

子之間的相互作用力，不考慮相對論效應(yīng)。已知電子的質(zhì)量為m,電荷量為e；加速電場的金屬板AB

間距離為d°；偏轉(zhuǎn)電場的金屬板長為L，板間距離為d,其右端到熒光屏M的水平距離為L2。

（1）電子所受重力可忽略不計(jì)，求：

①電子從加速電場射入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度大小V0;

②電子打在熒光屏上的位置與O點(diǎn)的豎直距離y；

③在偏轉(zhuǎn)電場中，若單位電壓引起的偏轉(zhuǎn)距離稱為示波管的靈敏度，該值越大表示示波管的靈敏度

越高。在示波管結(jié)構(gòu)確定的情況下，為了提高示波管的靈敏度，請分析說明可采取的措施。

（2）在解決一些實(shí)際問題時(shí)，為了簡化問題，常忽略一些影響相對較小的量，這對最終的計(jì)算結(jié)果

并沒有太大的影響，因此這種處理是合理的。如計(jì)算電子在加速電場中的末速度V。時(shí)，可以忽略電子

所受的重力。請利用下列數(shù)據(jù)分析說明為什么這樣處理是合理的。已知U°=125V,do=2.0×10?,m=

9.0×10i'kg,e=l.6×1019C,重力加速度g=10m∕s?

8.如圖所示，在MN左側(cè)有相距為d的兩塊正對的平行金屬板P、Q,板長為、兩板帶等量異種電

3

荷，上極板帶正電?，F(xiàn)有一帶正電的粒子以初速度沿兩板中央OO*射入，并恰好從下極板邊緣射

出.粒子進(jìn)入MN右側(cè)后，經(jīng)過某一矩形有界勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面（圖中未畫出），偏轉(zhuǎn)

后，恰好從MN上的A點(diǎn)垂直于MN向左水平射出磁場。已知A點(diǎn)在金屬板下極板右端的正下方，與下

極板距離為d。不計(jì)帶電粒子重力。求：

N

（1）粒子從下極板邊緣射出時(shí)的速度；

（2）粒子從0點(diǎn)運(yùn)動到A點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間;

（3）矩形有界磁場的最小面積。

9.研究原子核內(nèi)部的情況時(shí)，常用到各種各樣的粒子加速器。圖甲為粒子直線加速裝置的示意圖，它

由多個(gè)橫截面積相同的金屬圓筒依次排列組成，其軸線在同一直線上，序號為奇數(shù)的圓筒與序號為偶

數(shù)的圓筒分別和交變電源的兩極相連，交變電源兩極間的電勢差的變化規(guī)律如圖乙所示。在t=0時(shí)，

奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值。此時(shí)和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板(序號為0)的中央有一電

子，在圓板和圓筒1之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線進(jìn)入圓筒1。為使電子在圓筒之間的間

隙都能被加速，圓筒長度的設(shè)計(jì)必須遵照一定的規(guī)律。若電子的質(zhì)量為m,電荷量為一e,交變電源的

電壓為U,周期為T,兩圓筒間隙的電場可視為勻強(qiáng)電場,圓筒內(nèi)場強(qiáng)均為0。不計(jì)電子的重力和相對

論效應(yīng)。

??u

U—

。二T

234-U

?T

甲乙

?U

u--------------

o-----------------------r

-U-------------

丙

(I)求電子進(jìn)入圓筒1時(shí)的速度」,，并分析電子從圓板出發(fā)到離開圓筒2這個(gè)過程的運(yùn)動；

(2)若忽略電子通過圓筒間隙的時(shí)間，通過計(jì)算說明金屬圓筒的長度設(shè)計(jì)遵循的規(guī)律；

(3)若保持每個(gè)金屬圓筒的長度不變，改變交變電源電壓的變化規(guī)律，仍可保證電子每次經(jīng)過圓筒

間隙都能被加速。請?jiān)趫D丙中定性畫出交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律。

10.如圖所示，在電子槍右側(cè)依次存在加速電場，兩水平放置的平行金屬板和豎直放置的熒光屏。加

速電場的電壓為J,兩平行金屬板的板長為板間距離為d,熒光屏到兩平行金屬板右側(cè)距離為

/o電子槍發(fā)射的電子從兩平行金屬板的中央穿過，沿直線運(yùn)動可打在熒光屏的中點(diǎn)0,電子質(zhì)量為

m、電荷量為e。不計(jì)電子進(jìn)入加速電場前的速度及電子重力。

電子槍Ffa7擊M

dO

(1)求電子剛進(jìn)入兩金屬板間時(shí)的速度大小匕；

(2)若兩金屬板間只存在豎直方向的勻強(qiáng)電場，兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓為廠，電子會打在熒光屏上某

點(diǎn)，求該點(diǎn)距0點(diǎn)的距離Y；

(3)若只在兩金屬板間加垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，人I.”，使電子到達(dá)熒光屏的位

置與0點(diǎn)距離最大，求此最大值和此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。

11.如圖所示，一帶電平行板電容器與水平方向成37°角放置，板間距離為J：2.XXcmO一帶正電、

可視為質(zhì)點(diǎn)的小球的質(zhì)量為〃，=0.8、電荷量為gIO^(,從電容器的中心A點(diǎn)由靜止釋放后，恰好

沿水平直線AO向右運(yùn)動，從上極板邊緣0點(diǎn)飛入右側(cè)的豎直向上的勻強(qiáng)電場區(qū)域，場強(qiáng)大小為

I4?1()Vmo現(xiàn)以上極板邊緣0點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系“4,勻強(qiáng)電場區(qū)域?qū)挾葹長,在

X軸上某處有一足夠長豎直擋板，經(jīng)過一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)小球恰好垂直打在豎直擋板B點(diǎn)，B點(diǎn)到X軸的

(1)平行板電容器內(nèi)的電場強(qiáng)度月大小和方向；

(2)xθy坐標(biāo)系中B點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

(3)小球從0點(diǎn)進(jìn)入豎直電場到離開豎直電場過程中小球的電勢能是增加還是減少？變化量是多

少。

12.如圖所示，光滑絕緣水平面與一豎直平面內(nèi)、半徑為R的光滑絕緣半圓軌道相切于A點(diǎn)，0點(diǎn)為圓

心，OB為水平半徑，在OB線以下(包括OB)存在水平向右的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小E'四。一個(gè)質(zhì)量

q

為口、帶電量為g的＞0)、可視為質(zhì)點(diǎn)的帶正電小球自水平面上C點(diǎn)由靜止釋放，已知AC的距離為

0.9R,重力加速度為g。

(1)求小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力大?。?/p>

(2)請計(jì)算說明小球能否到達(dá)軌道最高點(diǎn)D,如果能到達(dá)，求在最高點(diǎn)小球?qū)點(diǎn)壓力大??；如果

不能到達(dá)，求脫離點(diǎn)到OB的距離。

1.D

2.B

3.D

4.B,D

5.B1C

6.A,C,D

7.(1)①對于電子在加速電場中的加速過程，根據(jù)動能定理有:

eC∕0??mvɑ

解得：％幻生?；

Ym

②設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電場中，分解位移：/--vf

I:

W=QW

根據(jù)牛頓第二定律：L7

U

解得偏轉(zhuǎn)位移：」,=

設(shè)電子飛出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏角為。：〃"冷-」

%

豎直方向上的速度：「Ul

電子打在熒光屏上的位置與O點(diǎn)的豎直距離：I?/

聯(lián)立方程解得：I：1＜/「"：＞；

WCJII

③示波管的靈敏度：＞=/，

LAJL9

根據(jù)方程，減小加速電場電壓U(I可以提高示波管的靈敏度

(2)電子在加速電場中所受電場力：廣」J'L=∣χ∣0

電子的重力：9x∣()'\

因?yàn)槭珹G,因此可以不考慮電子所受的重力影響

8.(1)解：粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，水平方向Cfj

3"'

11

豎直方向J-'-rl

22

粒子射出速度了”＞；2ι?,,

與豎直方向成3()角。

(2)解：粒子的運(yùn)動軌跡如圖

帶電粒子在極板間運(yùn)動的時(shí)間A1-,d

根據(jù)幾何關(guān)系r?

sin30°

粒子離開電場后，先做勻速直線運(yùn)動，運(yùn)動時(shí)間=暫"

^2%6v.

7*4?_1

粒子進(jìn)入磁場，偏轉(zhuǎn)120^到達(dá)A點(diǎn)，運(yùn)動時(shí)間人=、=='=，

36%9vu

K,、(9△+2it)d

總時(shí)間I-I+/.+/.=----------

IBv0

(3)解：根據(jù)題意，矩形磁場區(qū)域如圖所示，由幾何關(guān)系可得，矩形寬”什rsm3σ)

長為h2rC(∣s3()

矩形面積為

SiJ=2rcos300(r-rsin300)

9.(1)解：電子由金屬圓板經(jīng)電場加速進(jìn)入圓筒1,根據(jù)動能定理Ct'wnl-0

解得K=殍

電子從圓板開始先做勻加速直線運(yùn)動，進(jìn)入圓筒1,筒內(nèi)場強(qiáng)為0,電子不受外力做勻速直線運(yùn)動，在

圓筒1、2之間間隙再做勻加速直線運(yùn)動，進(jìn)入圓筒2再做勻速直線運(yùn)動。

（2）解：電子進(jìn)入第n個(gè)圓筒時(shí)，經(jīng)過n次加速，根據(jù)動能定理〃匕一'?n.O

12nUe

解得I

由于不計(jì)電子通過圓筒間隙的時(shí)間，則電子在圓筒內(nèi)做勻速直線運(yùn)動的時(shí)間恰好是半個(gè)周期，則有

解得金屬圓筒的長度設(shè)計(jì)遵循的規(guī)律L=T

（3）解：若保持每個(gè)金屬圓筒的長度不變，則有7.V,/,

解得fsLLHL-

YInUe

既Oa

則…岳

則交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律如圖

l'U

U

O4AG4++'3Z

-U

10.（1）解：由動能定理可知O=嗚

解得％J，"-

（2）解：電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)區(qū)做類平拋運(yùn)動，軌跡如圖所示

N-

沿初速度方向，有IV,/

在垂直初速度方向，有

甘I,cEet?

其中U二=

mtnd

設(shè)電子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)，它的速度偏向角為O,則根據(jù)速度偏轉(zhuǎn)角和位移之間的關(guān)系可知

丫

tan(ai≈ηy=η---------

%

ll11

解得}=*,I<*J='.i,{∣.nι.}

2mdvl4C?d

(3)解：偏轉(zhuǎn)場區(qū)中只有勻強(qiáng)磁場時(shí)，電子進(jìn)入磁場區(qū)受洛侖茲力作用做勻速圓周運(yùn)動，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)

后，沿直線運(yùn)動到熒光屏。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，偏轉(zhuǎn)越大，電子偏轉(zhuǎn)的臨界狀態(tài)是恰好從上板的

右端射出，做直線運(yùn)動到達(dá)熒光屏。它的位置與O點(diǎn)距離即為最大值y,“如圖所示

電子做圓周運(yùn)動，由牛頓第二定律得”JR

根據(jù)圖示，由幾何知識得

解得13.

R=Sh>'.="ΓΛ

也mU、

進(jìn)一步得H

H.(1)解：球在平行板電容器中，根據(jù)受力分析可得"皆

解得ER25.IO1Vm

geos37°

方向斜向上垂直于平行板。

（2）解：小球在平行板電場從A到0點(diǎn)的速度由qE：：'σn?,,

代入數(shù)據(jù)得Ly椀0.6ms

Im

進(jìn)入豎直電場后，小球的加速度“IOms