高中物理 1.9 帶電粒子在電場中的運動練習 新人教版選修3-1

【成才之路】版高中物理1.9帶電粒子在電場中的運動練習新人教版選修3-1基礎夯實一、選擇題(1～4題為單選題，5、7題為多選題)1．一帶電粒子在電場中只受電場力作用時，它不可能出現(xiàn)的運動狀態(tài)是()A．勻速直線運動 B．勻加速直線運動C．勻變速曲線運動 D．勻速圓周運動答案：A解析：因為粒子只受到電場力作用，所以不可能做勻速直線運動。2．一個帶正電的油滴從如圖所示的勻強電場上方A點自由下落，油滴落入勻強電場后，能較準確地描述油滴運動軌跡的是()答案：B解析：油滴自電場上方落入電場，即油滴進入電場時有一定的速度，而油滴受重力和電場力的作用，兩者的合力指向右下側，而油滴進入電場時的速度方向為豎直向下，故油滴的軌跡應如選項B的情形。3．一平行板電容器的兩個極板水平放置，兩極板間有一帶電量不變的小油滴。油滴在極板間運動時所受空氣阻力的大小與其速率成正比。若兩極板間電壓為零，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速下降；若兩極板間的電壓為U，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速上升。若兩極板間電壓為－U，油滴做勻速運動時速度的大小、方向將是()A．2v、向下 B．2v、向上C．3v、向下 D．3v、向上答案：C解析：由題意知，未加電壓時mg＝kv ①加電壓U時，電場力向上，設為F，則有F＝mg＋kv ②當加電壓(－U)時，電場力向下，勻速運動時有F＋mg＝kv′ ③聯(lián)立①②③得：v′＝3v方向向下，C選項正確。4．(山東實驗中學～學年高二上學期檢測)噴墨打印機的簡化模型如圖所示，重力可忽略的墨汁微滴，經(jīng)帶電室?guī)ж撾姾螅运俣葀垂直勻強電場飛入極板間，最終打在紙上，則微滴在極板間電場中()A．向負極板偏轉 B．電勢能逐漸增大C．運動軌跡是拋物線 D．運動軌跡與帶電量無關答案：C解析：墨汁微粒帶負電，將向正極板偏轉，選項A錯誤；電場力對微滴做正功，電勢能將減小，選項B錯誤；微滴在垂直電場方向做勻速直線運動，在電場方向做初速度為零的勻加速直線運動，其軌跡為拋物線，選項C正確；電量不同，其加速度不同，運動軌跡不同，選項D錯誤。5．示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成，如圖所示。如果在熒光屏上P點出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的()A．極板X應帶正電 B．極板X′應帶正電C．極板Y應帶正電 D．極板Y′應帶正電答案：AC解析：由題意可知，在XX′方向上向X方向偏轉，X帶正電，A對B錯；在YY′方向上向Y方向偏轉，Y帶正電，C對D錯。6.如圖所示，A、B兩導體板平行放置，在t＝0時將電子從A板附近由靜止釋放(電子的重力忽略不計)。分別在A、B兩板間加四種電壓，它們的UAB－t圖線如下列四圖所示。能使電子到達B板的是()答案：ACD解析：在A選項所加電壓下，電子將一直向B加速；在C選項所加電壓下，電子也一直向B板運動，是先加速再減速至0，再加速再減速至0，一直向B板運動；D選項和C選項一樣，只不過電子的加速度發(fā)生變化；只有在B選項所加電壓下，電子先向B板加速再減速，再向A板加速再減速至初始位置，且速度變?yōu)?，如此在AB間運動。7.(南京市三中～學年高二上學期期中)如圖所示，靜止的電子在加速電壓為U1的電場作用下從O經(jīng)P板的小孔射出，又垂直進入平行金屬板間的偏轉電場(極板長L、極板間距離d)，在偏轉電壓為U2的電場作用下偏轉一段距離?，F(xiàn)使U1加倍，要想使電子在偏轉電場的偏移量不發(fā)生變化(調整極板間距離時電子仍能穿出偏轉電場)，應該()A．僅使U2加倍B．僅使U2變?yōu)樵瓉淼?倍C．僅使偏轉電場板間距離變?yōu)樵瓉淼?.5倍D．僅使偏轉電場板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍答案：AC解析：據(jù)題意，帶電粒子在加速電場中做加速運動，有：qU1＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，在偏轉電場中做類平拋運動，有：L＝v0t和y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)eq\f(qU2,md)t2，整理得：y＝eq\f(U2L2,4dU1)，因此當加速電場電壓U1增加一倍，要使偏轉量不變，則需要使偏轉電壓增加一倍或者使偏轉電場兩極板間距離變?yōu)樵瓉淼囊话耄蔄、C選項正確。三、非選擇題8.如圖所示，一個電子以4×106m/s的速度沿與電場垂直的方向從A點飛進勻強電場，并且從另一端B點沿與場強方向成150°角方向飛出，那么，A、B兩點間的電勢差為多少伏？(電子的質量為9.1×10－答案：136.5V解析：帶電粒子在水平方向做勻速直線運動，故水平分速度依然為vA，在B點的速度vB＝eq\f(vA,cos60°)，由動能定理eUAB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)得UAB＝eq\f(3mv\o\al(2,A),2e)。代入數(shù)據(jù)得UAB＝136.5V。能力提升一、選擇題(1題為單選題，2、3題為多選題)1．(泰安市～學年高二上學期檢測)a、b、c三個質量和電荷量都相同的粒子由同一點垂直場強方向進入偏轉電場，其軌跡如圖所示，其中b恰好飛出電場，由此可以肯定()①在b飛離電場的同時，a剛好打在負極板上②b和c同時飛離電場③進入電場時，c的速度最大，a的速度最?、軇幽艿脑隽肯啾?，c的最小，a和b的一樣大A．① B．① ②C．③④ D．①③ ④答案：D解析：粒子在電場中做類平拋運動，由于a、b、c質量和電荷量都相同，所以它們的加速度也相同，由題圖可知豎直方向位移ya＝y(tǒng)b>yc，由y＝eq\f(1,2)at2可知運動時間ta＝tb>tc；水平方向xa<xb＝xc，由x＝v0t可知va<vb<vc；由動能定理得qEx＝ΔEk＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)；可知ΔEka＝ΔEkb>ΔEkc，故D正確。2．如圖所示，帶電量相等、質量不同的帶電粒子a和b從帶電平行板M的邊緣沿平行于極板的方向進入M、N兩極板間的勻強電場中，都恰好能從N板的右邊緣飛出，不計重力作用，則()A．兩粒子進入電場時的動能一定相等B．兩粒子進入電場時的初速度的大小一定相等C．兩粒子飛出電場時的動能一定相等D．兩粒子飛出電場時的速度大小一定相等答案：AC解析：根據(jù)y＝eq\f(qUL2,2mdv\o\al(2,0))，可判A對B錯，又根據(jù)動能定理，得Ek＝Ek0＋qU，C對，D錯。3．(河北石家莊市～學年高二上學期期末)在空間中水平面MN的下方存在豎直向下的勻強電場，質量為m的帶電小球由MN上方的A點以一定初速度水平拋出，從B點進入電場，到達C點時速度方向恰好水平，A、B、C三點在同一直線上，且AB＝2BC，如圖所示。由此可見()A．電場力為2mgB．小球帶負電C．小球從A到B與從B到C的運動時間相等D．小球從A到B與從B到C的速度變化量的大小相等答案：BD解析：兩個平拋過程水平方向的位移是二倍的關系，所以時間也是二倍的關系，故C錯誤；分別列出豎直方向的方程，即h＝eq\f(1,2)gt2，eq\f(h,2)＝eq\f(1,2)eq\f(F－mg,m)(eq\f(t,2))2，解得F＝3mg，故A錯誤；小球受到的電場力向上，與電場方向相反，所以小球應該帶負電，故B正確；速度變化量等于加速度與時間的乘積，即Δv＝at，結合以上的分析可得，AB過程Δv＝gt，BC過程Δv＝eq\f(3mg－mg,m)eq\f(t,2)＝gt，故D正確。二、非選擇題4.(湖南瀏陽一中、醴陵一中～學年高二上學期聯(lián)考)如圖所示為兩組平行金屬板，一組豎直放置，一組水平放置，今有一質量為m的電子靜止在豎直放置的平行金屬板的A點，經(jīng)電壓U0加速后通過B點進入兩板間距為d、電壓為U的水平放置的平行金屬板間，若電子從兩塊水平平行板的正中間射入，且最后電子剛好能從右側的兩塊平行金屬板穿出，A、B分別為兩塊豎直板的中點，求：(1)電子通過B點時的速度大小；(2)右側平行金屬板的長度；(3)電子穿出右側平行金屬板時的動能。答案：(1)eq\r(\f(2U0e,m))(2)deq\r(\f(2U0,U))(3)eq\f(2U0＋Ue,2)解析：(1)由U0e＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)得：vB＝eq\r(\f(2U0e,m))(2)由y＝eq\f(d,2)＝eq\f(1,2)eq\f(Ue,dm)eq\f(l2,v\o\al(2,B))可得：l＝deq\r(\f(2U0,U))(3)由動能定理得：U0e＋eq\f(U,2)e＝Ek末所以電子穿出右側平行金屬板時的動能Ek末＝eq\f(2U0＋Ue,2)。5．反射式速調管是常用的微波器件之一，它利用電子團在電場中的振蕩來產生微波，其振蕩原理與下述過程類似。如圖所示，在虛線MN兩側分別存在著方向相反的兩個勻強電場，一帶電微粒從A點由靜止開始，在電場力作用下沿直線在A、B兩點間往返運動。已知電場強度的大小分別是E1＝2.0×103N/C和E2＝4.0×103N/C，方向如圖所示，帶電微粒質量m＝1.0×10－20kg，帶電量q＝－1.0×10－9C，A點距虛線MN的距離d1＝(1)B點距虛線MN的距離d2；(2)帶電微粒從A點運動到B點所經(jīng)歷的時間t。答案：(1)0.5cm(2)1.5×10－8s解析：(1)帶電微粒由A運動到B的過程中，由動能定理有|q|E1d1－|q|E2d2＝0 ①由①式解得d2＝eq\f(E