10.5 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)（分層作業(yè)）（原卷版）

第5節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場中做直線運(yùn)動(dòng)1．在如圖所示的勻強(qiáng)電場中，若一個(gè)點(diǎn)電荷從P點(diǎn)由靜止釋放，只受到電場力的作用。則以下說法中正確的是（）A．該點(diǎn)電荷受到的電場力逐漸增大 B．該點(diǎn)電荷一定向右做勻速運(yùn)動(dòng)C．該點(diǎn)電荷一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng) D．該點(diǎn)電荷一定做勻減速直線運(yùn)動(dòng)2．（多選）如圖所示為“質(zhì)子治療儀”，質(zhì)子先被加速到較高的能量，然后被引向并轟擊腫瘤，殺死細(xì)胞，達(dá)到治療效果。若質(zhì)子由靜止經(jīng)過電場被勻加速到速度的過程中，通過的位移大小為，已知質(zhì)子的質(zhì)量為，電量為，由以上信息可以推算出（）A．該加速電場的電壓B．該加速電場的電場強(qiáng)度C．質(zhì)子加速后的電勢能D．運(yùn)動(dòng)過程中電場力對質(zhì)子所做的功3．如圖所示，A、B為勻強(qiáng)電場中同一條電場線上的兩點(diǎn)，一個(gè)負(fù)電荷從A點(diǎn)由靜止釋放，僅在靜電力的作用下從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)。以下圖像中能正確描述位移x、靜電力F、速度v和加速度a各物理量隨時(shí)間變化的是（??）A． B． C． D．4．如圖所示，A、B極板接在電壓為U的電源上，一電子電量為e，質(zhì)量為m，從A極板靜止釋放，求電子到達(dá)B極板的速度大小。5．如圖，平行板電容器的兩個(gè)長為l的極板與水平地面成一角度θ，兩極板之間電勢差。一質(zhì)量為m、電荷量為+q可視為質(zhì)點(diǎn)的帶電小球，以初速度v0沿圖中所示水平直線，從上極板的左端到達(dá)下極板的右端，已知重力加速度為g。求：（1）兩極板間的電勢差大??；（2）粒子到達(dá)下極板的右端的速度。6．電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時(shí)，會產(chǎn)生射線，可用于放射治療。圖甲展示了一臺醫(yī)用電子直線加速器，其原理如圖乙所示：從陰極射線管的陰極K發(fā)射出來的電子（速度可忽略），經(jīng)電勢差的絕對值為U的電場加速后獲得速度v，加速電場兩極板間的距離為d，不計(jì)電子所受重力。下列操作可使v增大的是（）A．僅增大U B．僅減小U C．僅增大d D．僅減小d帶電粒子在電場中做曲線運(yùn)動(dòng)7．（多選）如圖甲，兩水平金屬板間距為d，板間電場強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖乙所示．時(shí)刻，質(zhì)量為m的帶電微粒以初速度沿中線射入兩板間，時(shí)間內(nèi)微粒勻速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻微粒恰好經(jīng)金屬板邊緣飛出．微粒運(yùn)動(dòng)過程中未與金屬板接觸，重力加速度的大小為g，則微粒離開電場時(shí)（

）A．動(dòng)能為 B．電場力的功率為C．重力勢能減少了 D．電場力做功為8．如圖所示，一質(zhì)量為m、電荷量為的粒子，以初速度從a點(diǎn)豎直向上射入勻強(qiáng)電場中，勻強(qiáng)電場方向水平向左。粒子通過電場中的b點(diǎn)時(shí)，速率為，方向與電場方向平行。則a、b兩點(diǎn)間的電勢差為（）A． B． C． D．9．如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)電場中，質(zhì)量為的帶電小球，以初速度從點(diǎn)豎直向上運(yùn)動(dòng)，通過點(diǎn)時(shí)，速度大小為，方向與電場方向相反，則小球從運(yùn)動(dòng)到的過程中，速度大小的最小值為（）A． B． C． D．010．（多選）如圖所示，帶正電的粒子以一定的初速度沿M、N兩板的中線進(jìn)入水平放置的帶電平行金屬板內(nèi)，恰好沿N板的右邊緣飛出，最終打在金屬板右側(cè)的屏幕上。已知金屬板的長度及金屬板右邊緣至屏幕的水平距離均為L，M、N兩板間距離為d，兩板之間中線的延長線與屏幕的交點(diǎn)為O，帶電粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q，不計(jì)粒子的重力。則（

）A．兩板之間的電壓為B．粒子經(jīng)過N板右邊緣處的速度大小為C．粒子在兩板間運(yùn)動(dòng)的前一半時(shí)間和后一半時(shí)間內(nèi)，電場力做功之比為D．粒子打到屏幕上的位置與O點(diǎn)之間的距離為示波管11．示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，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)帶負(fù)電C．極板Y應(yīng)帶正電 D．極板Y'應(yīng)帶正電14．（多選）示波器是一種多功能電學(xué)儀器，它是由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場組成的。如圖所示，不同的帶負(fù)電粒子在電壓為的電場中由靜止開始加速，從M孔射出，然后射入電壓為的平行金屬板間的電場中，入射方向與極板平行，不考慮重力影響，在滿足帶負(fù)電粒子能射出平行板電場區(qū)域的條件下，則（

）A．若比荷相同，則粒子從M孔射出的速率一定相等B．若電荷量q相等，則粒子穿過偏轉(zhuǎn)電場的時(shí)間一定相等C．若電荷量q相等，則粒子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的動(dòng)能一定相等D．若比荷不同，則粒子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)速度的偏轉(zhuǎn)角度不同12．有一種電子儀器叫作示波器，可以用來觀察電信號隨時(shí)間變化的情況。示波器的核心部件是示波管，圖甲是它的原理圖。它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。電子槍的作用是產(chǎn)生高速飛行的一束電子。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選項(xiàng)圖中（）A． B．C． D．13．（多選）如圖所示的直線加速器由沿軸線分布的金屬圓筒（又稱漂移管）A、B、C、D、E組成，相鄰金屬圓筒分別接在電源的兩端。質(zhì)子以初速度從O點(diǎn)沿軸線進(jìn)入加速器，質(zhì)子在金屬圓筒內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)且時(shí)間均為T，在金屬圓筒之間的狹縫被電場加速，加速時(shí)電壓U大小相同。質(zhì)子電量為e，質(zhì)量為m，不計(jì)質(zhì)子經(jīng)過狹縫的時(shí)間，則（）A．MN所接電源的極性應(yīng)周期性變化B．金屬圓筒的長度應(yīng)與質(zhì)子進(jìn)入圓筒時(shí)的速度成正比C．質(zhì)子從圓筒E射出時(shí)的速度大小為D．圓筒E的長度為14．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。YY＇、XX＇的長度均為l、間距均為d。若電子槍的加速電壓為，XX＇極板間的電壓為（X端接為高電勢），YY＇極板間的電壓為零。電子剛離開金屬絲時(shí)速度可視為零，從電子槍射出后沿示波管軸線OO＇方向（O＇在熒光屏正中央）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電極。電子電荷量為e則電子（）A．會打在熒光屏左上角形成光斑B．打在熒光屏上時(shí)的動(dòng)能大小為C．打在熒光屏上的位置與的距離為D．打在熒光屏上時(shí)，速度方向與OO＇的夾角滿足15．如圖所示，在一水平向左的勻強(qiáng)電場中，光滑絕緣直角三角形斜劈ABC被固定在水平面上，其斜面長，傾角為。有一個(gè)電荷量為、質(zhì)量為的帶負(fù)電小物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）恰能靜止在斜面的頂端A處，，。求：（1）帶電小物塊的電性及AB兩點(diǎn)間的電勢差；（2）若電場強(qiáng)度減小為原來的三分之一時(shí)小物塊從A下滑到B的時(shí)間t。16．（多選）如圖所示，水平桌面上固定一光滑絕緣的斜面，勻強(qiáng)電場方向平行于水平桌面向左，一平行斜面放置的絕緣輕質(zhì)彈簧的下端固定在斜面底端，上端在P點(diǎn)，小球恰好能靜止在Q點(diǎn)，現(xiàn)給小球一個(gè)沿斜面向下的初速度v?。則下列說法正確的是（）A．小球及彈簧所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B．從Q點(diǎn)到P點(diǎn)的過程小球重力勢能的減少量等于小球電勢能的增加量C．小球從P點(diǎn)到最低點(diǎn)的過程中，彈簧彈性勢能的增加量等于小球動(dòng)能的減少量D．小球從P點(diǎn)到最低點(diǎn)的過程中，重力和電場力做功的代數(shù)和等于小球動(dòng)能的減少量17．一個(gè)帶電荷量為的油滴，從O點(diǎn)以速度v射入方向水平向右的勻強(qiáng)電場中恰好做直線運(yùn)動(dòng)，油滴運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)P時(shí)未離開電場區(qū)域，v的方向與電場方向成角。已知油滴的質(zhì)量為m，重力加速度為g。則O、P兩點(diǎn)間的電勢差為（??）A． B． C． D．18．如圖所示，水平位置的平行板電容器，原來A、B兩板不帶電，B極板接地，它的極板長，兩板間距離，現(xiàn)有一粒子質(zhì)量，帶電荷量，以一定初速度從兩板中央平行于極板射入，由于重力作用粒子恰好能落到A板的中點(diǎn)處，取。試求：（1）若粒子從右側(cè)飛出，A極板電勢能不能取負(fù)值？說明理由。（2）帶電粒子入射初速度的大小；（3）現(xiàn)使電容器帶上電荷，使帶電粒子能從平行板電容器的右側(cè)射出，則帶電后A板電勢的取值范圍？19．如圖甲所示，真空室中加熱的陰極K發(fā)出的電子（初速度不計(jì)）經(jīng)電場加速后，由小孔S沿兩平行金屬板M、N的中心線OO'射入板間，加速電壓為，M、N板長為L，兩板相距。加在M、N兩板間電壓隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示，變化周期為，M、N板間的電場可看成勻強(qiáng)電場，忽略板外空間的電場。在每個(gè)粒子通過電場區(qū)域的極短時(shí)間內(nèi)，兩板電壓可視作不變，板M、N右側(cè)距板右端L處放置一足夠大的熒光屏，屏與OO'垂直，交點(diǎn)為O'。已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，忽略電子重力及電子間的相互作用，不考慮相對論效應(yīng)。求：（1）若加速電場兩板間距離為d，求電子加速至O點(diǎn)所用時(shí)間t；（2）電子剛好從M板的右邊緣離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)，M、N板間的電壓；（3）在熒光屏上有電子到達(dá)的區(qū)域的長度。20．如圖（a）所示，兩豎直平行金屬板A、B與x軸垂直，接在電壓大小為的穩(wěn)壓電源上，A板過原點(diǎn)，在B板上靠近中間處有一長度的水平狹縫．在B板右側(cè)水平放置邊長為的兩正方形平行金屬板C、D，兩板間距，距板右端處垂直x軸有一足夠大的熒光屏。A板中間位置沿z軸方向有一線形離子源，可以連續(xù)釋放初速度為零的正離子。已知離子源、B板上的狹縫和C、D板中間線均在同一水平面內(nèi)，且C、D板不加電壓時(shí)，屏上會出現(xiàn)長2cm一條水平亮線．現(xiàn)在C、D兩極板間接上如圖（b）所示的交變電壓（若每個(gè)離子穿過C、D板間的時(shí)間極短，可認(rèn)為此過程中C、D板間電壓不變，極板間形成的電場可視為勻強(qiáng)電場），忽略電場的邊緣效應(yīng)，不計(jì)離子重力以及離子間的相互作用力，離子的比荷均為。求：（1）離子穿過B板狹縫時(shí)的速度大??；（2）C、D板間電壓為時(shí)，離子離開C、D板時(shí)的速度與水平方向夾角（即速度偏向角）的正切值；（3）離子打在屏上的區(qū)域面積S。

21．示波器用來觀察電信號隨時(shí)間變化的情況。示波器的核心部件是示波管，它的原理圖如下圖所示。它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。電子槍中的金屬絲加熱后可以逸出電子（逸出時(shí)的速度較小可以忽略），電子經(jīng)加速電壓U0加速后進(jìn)入平行正對的偏轉(zhuǎn)電極和，兩對電極都關(guān)于中央軸線對稱，正方形金屬板電極邊長都為L，極板間距都為d，如果在偏轉(zhuǎn)電極之間和偏轉(zhuǎn)電極之間都沒有加電壓，電子束從電子槍射出后沿直線運(yùn)動(dòng)，打在熒光屏中心，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑。已知電子的質(zhì)量為m，所帶的電荷量為，現(xiàn)只在之間加偏轉(zhuǎn)電壓，求：（1）電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電極時(shí)的速度v；（2）若電子能夠通過偏轉(zhuǎn)電極，加在偏轉(zhuǎn)電極上的電壓U不超過多少；（3）在偏轉(zhuǎn)電場中，單位電壓引起的偏轉(zhuǎn)距離（即）稱為示波管的靈敏度，該值越大表示示波管的靈敏度越高，試求該示波管的靈敏度，并分析如何調(diào)整裝置參數(shù)可以提高裝置的靈敏度。22．（2024·遼寧·高考真題）在水平方向的勻強(qiáng)電場中，一帶電小球僅在重力和電場力作用下于豎直面（紙面）內(nèi)運(yùn)動(dòng)。如圖，若小球的初速度方向沿虛線，則其運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，若小球的初速度方向垂直于虛線，則其從O點(diǎn)出發(fā)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)等高處的過程中（）A．動(dòng)能減小，電勢能增大 B．動(dòng)能增大，電勢能增大C．動(dòng)能減小，電勢能減小 D．動(dòng)能增大，電勢能減小23．（2023·浙江·高考真題）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l、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OO′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（

）A．在XX′極板間的加速度大小為B．打在熒光屏?xí)r，動(dòng)能大小為11eUC．在XX′極板間受到電場力的沖量大小為D．打在熒光屏?xí)r，其速度方向與OO′連線夾角α的正切24．（2023·湖北·高考真題）（多選）一帶正電微粒從靜止開始經(jīng)電壓加速后，射入水平放置的平行板電容器，極板間電壓為。微粒射入時(shí)緊靠下極板邊緣，速度方向與極板夾角為，微粒運(yùn)動(dòng)軌跡的最高點(diǎn)到極板左右兩端的水平距離分別為和L，到兩極板距離均為d，如圖所示。忽略邊緣效應(yīng)，不計(jì)重力。下列說法正確的是（

）

A．B．C．微粒穿過電容器區(qū)域的偏轉(zhuǎn)角度的正切值為2D．僅改變微粒的質(zhì)量或者電荷數(shù)量，微粒在電容器中的運(yùn)動(dòng)軌跡不變25．（2022·廣東·高考真題）密立根通過觀測油滴的運(yùn)動(dòng)規(guī)律證明了電荷的量子性，因此獲得了1923年的諾貝爾獎(jiǎng)。圖是密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理示意圖，兩個(gè)水平放置、相距為d的足夠大金屬極板，上極板中央有一小孔。通過小孔噴入一些小油滴，由于碰撞