2024-2025學(xué)年高中物理第一章靜電場9帶電粒子在電場中的運動課時作業(yè)含解析新人教版選修3-11

PAGE9-帶電粒子在電場中的運動(20分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.如圖所示,a、b、c表示點電荷的電場中三個等勢面,它們的電勢分別為φa=U,φb=U,φc=U。一帶電粒子從等勢面a上某處由靜止釋放后,僅受電場力作用而運動,已知它經(jīng)過等勢面b時的速率為vb,則它經(jīng)過等勢面c時的速率為 ()A.2vb B.4vb C.vb D.vb【解析】選D。粒子由a至b過程中,依據(jù)動能定理q(φa-φb)=m-0,由b至c過程中,依據(jù)動能定理q(φb-φc)=m-m,解得vc=vb,D對。2.(多選)圖中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)電場內(nèi)間距相等的一組等勢面,已知平面b上的電勢為2V。一電子經(jīng)過a時的動能為10eV,從a到d的過程中克服電場力所做的功為6eV。下列說法正確的是 ()A.平面c上的電勢為零B.該電子可能到達(dá)不了平面fC.該電子經(jīng)過平面d時,其電勢能為4eVD.該電子經(jīng)過平面b時的速率是經(jīng)過平面d時的2倍【解析】選A、B。a到d的過程中克服電場力做功為6eV,所以電場方向水平向右,每個間距電勢差為2V,所以平面c電勢為零,故A正確。由于電子不肯定垂直等勢面進(jìn)入,可能做曲線運動,所以可能到達(dá)不了f平面,B正確。整個過程中能量守恒,可得平面a、b、c、d、f的電勢能分別為-4eV、-2eV、0eV、+2eV、+4eV,動能分別為+10eV、+8eV、+6eV、+4eV、+2eV,C錯誤。電子經(jīng)過b、d平面時的動能分別是8eV和4eV,所以該電子經(jīng)過b平面時的速率是經(jīng)過d平面時的倍,D錯誤。3.(多選)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。假如在熒光屏上P點出現(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)帶正電C.極板Y應(yīng)帶正電 D.極板Y′應(yīng)帶正電【解析】選A、C。由題意可知,在XX′方向上向X方向偏轉(zhuǎn),X帶正電,A對B錯;在YY′方向上向Y方向偏轉(zhuǎn),Y帶正電,C對D錯。4.下列粒子從靜止?fàn)顟B(tài)經(jīng)過電壓為U的電場加速后速度最大的是 ()A.質(zhì)子H B.氘核HC.α粒子He D.鈉離子Na+【解析】選A。Uq=mv2得v=,比荷最大的獲得的速度最大。5.(2024·江蘇高考)一勻強(qiáng)電場的方向豎直向上,t=0時刻,一帶電粒子以肯定初速度水平射入該電場,電場力對粒子做功的功率為P,不計粒子重力,則P-t關(guān)系圖象是 ()【解析】選A。帶電粒子水平射入勻強(qiáng)電場中,帶電粒子所受的電場力F不變,加速度a=恒定,粒子在電場的方向上做初速度為零的勻加速運動,vy=at=t,故電場力對粒子做功的功率P=Fvy=t,即電場力對粒子做功的功率與時間成正比關(guān)系,所以選項A正確,B、C、D錯誤。6.一束正離子以相同的速率從同一位置,垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場中,全部離子的軌跡都是一樣的,這說明全部離子 ()A.都具有相同的質(zhì)量 B.都具有相同的電量C.具有相同的荷質(zhì)比 D.都是同一元素的同位素【解析】選C。軌跡相同的含義為:偏轉(zhuǎn)位移、偏轉(zhuǎn)角度相同,即這些離子通過電場時軌跡不分叉。tanθ==,所以這些離子只要有相同的荷質(zhì)比,軌跡便相同,故只有C正確。二、非選擇題(14分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)7.靜電噴漆技術(shù)具有效率高、奢侈少、質(zhì)量好、有利于工人健康等優(yōu)點,其裝置示意圖如圖所示。A、B為兩塊平行金屬板,間距d=0.30m,兩板間有方向由B指向A、電場強(qiáng)度E=1.0×103N/C的勻強(qiáng)電場。在A板的中心放置一個平安接地的靜電油漆噴槍P,油漆噴槍的半圓形噴嘴可向各個方向勻稱地噴出帶電油漆微粒,油漆微粒的質(zhì)量m=2.0×10-15kg,電荷量q=-2.0×10-16C。噴出的初速度v0=(1)微粒落在B板上的動能。(2)微粒從離開噴槍后到達(dá)B板所需的最短時間。(3)微粒最終落在B板上所形成圖形的面積?！窘馕觥?1)依據(jù)動能定理qEd=Ek-m代入數(shù)據(jù)解得微粒打在B板上時的動能EkB=6.4×10-14J(2)微粒初速度方向垂直于極板時,到達(dá)B板時間最短,a==m/s2=1×102m/s由d=v0t+at2可解得t=0.06s(3)由于噴槍噴出的油漆微粒是向各個方向的,因此微粒落在B板上所形成的圖形是圓形。噴槍沿垂直電場方向噴出的油漆微粒,在電場中做拋物線運動,沿電場方向運動的加速度a=運動的位移d=a油漆顆粒沿垂直于電場方向勻速運動,運動的位移即為落在B板上圓周的半徑,R=v0t1微粒最終落在B板上所形成的圓面積S=πR2聯(lián)立以上各式,得S=代入數(shù)據(jù)解得S=7.5×10-2m答案:(1)6.4×10-14J(2)0.06s(3)7.5×10-2(25分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題5分,共30分)1.(多選)如圖所示的直線是真空中兩點電荷形成的電場中的一條直線,A、B是這條直線上的兩點。一個帶正電的粒子在只受電場力的狀況下,以速度vA經(jīng)過A點沿直線向B點運動,經(jīng)一段時間以后,該帶電粒子以速度vB經(jīng)過B點,且vB與vA方向相反,則 ()A.A點的電勢肯定低于B點的電勢B.A點的場強(qiáng)肯定大于B點的場強(qiáng)C.該帶電粒子在A點的電勢能肯定小于它在B點的電勢能D.該帶電粒子在A點時的動能與電勢能之和等于它在B點時的動能與電勢能之和【解析】選A、C、D。由正電荷的運動狀況可知,電場方向由B指向A,可知A、C正確,由能量守恒可知,D正確。由一條電場線無法確定電場的強(qiáng)弱,故選項B錯誤。2.如圖所示,質(zhì)量相等的兩個帶電液滴1和2從水平方向的勻強(qiáng)電場中O點自由釋放后,分別抵達(dá)B、C兩點,若AB=BC,則它們的電荷量之比q1∶q2等于()A.1∶2 B.2∶1C.1∶ D.∶1【解析】選B。豎直方向有h=gt2,水平方向有l(wèi)=t2,聯(lián)立可得q=,所以有=,B對。3.質(zhì)子療法進(jìn)行治療,該療法用肯定能量的質(zhì)子束照耀腫瘤殺死癌細(xì)胞?，F(xiàn)用始終線加速器來加速質(zhì)子,使其從靜止起先被加速到1.0×107m/s。已知加速電場的場強(qiáng)為1.3×105N/C,質(zhì)子的質(zhì)量為1.67×10-27kg,電荷量為A.加速過程中質(zhì)子電勢能增加B.質(zhì)子所受到的電場力約為2×10-15NC.質(zhì)子加速須要的時間約為8×10-6sD.加速器加速的直線長度約為4【解析】選D。加速過程中,電場力做正功,因此電勢能減小,A錯。質(zhì)子受到的電場力F=qE=1.6×10-19×1.3×105N=2×10-14N,B錯。質(zhì)子加速須要的時間t===s=8×10-7s,C錯。加速器加速的直線長度d===m=4m,D正確。4.如圖所示,三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中心各有一小孔,小孔分別位于O、M、P點。由O點靜止釋放的電子恰好能運動到P點?，F(xiàn)將C板向右平移到P′點,則由O點靜止釋放的電子 ()A.運動到P點返回B.運動到P和P′點之間返回C.運動到P′點返回D.穿過P′點【解析】選A。將C板右移后,依據(jù)C=,C=,E===可知,B、C板間的場強(qiáng)不變,電子運動狀況不變,仍舊運動到P點返回,A正確。5.如圖所示,有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射入勻強(qiáng)電場,當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U1時,帶電粒子沿①軌跡從兩板正中間飛出;當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U2時,帶電粒子沿②軌跡落到B板中間;設(shè)粒子兩次射入電場的水平速度相同,則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為 ()A.U1∶U2=1∶8 B.U1∶U2=1∶4C.U1∶U2=1∶2 D.U1∶U2=1∶1【解析】選A。由y=at2=·得:U=,所以U∝,可知A項正確。6.虛線框abcd內(nèi)的正方形區(qū)域內(nèi)有豎直向下的勻強(qiáng)電場,如圖所示。一束速率相同的氕核、氘核和氚核從a處垂直電場方向進(jìn)入電場,氕核、氘核和氚核的質(zhì)量分別為m、2m、3m,電荷量都為q,若其中氘核正好從c點射出,則以下推斷正確的是 ()A.氕核從bc邊射出,氚核從cd邊射出B.氕核和氚核都是從c點射出C.氘核和氚核在電場中的運動時間相同,大于氕核在電場中的運動時間D.氕核在電場中的運動時間最短,氚核在電場中的運動時間最長【解析】選C。氕核、氘核和氚核三個粒子的電量相等,受到的電場力相等,質(zhì)量不等,在電場中只受到電場力作用,豎直方向上做勻加速直線運動,a氕=,a氘=,a氚=,水平方向上做勻速直線運動,故氕核從cd邊射出,氚核從bc邊射出,A、B錯誤;因為氚核和氘核在水平方向上的位移相等,即t=,所以兩者的運動時間相等,又因為氕核的水平位移小于l,所以氕核在電場中的運動時間最短,C正確,D錯誤。二、非選擇題(20分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)7.(2024·全國卷Ⅲ)空間存在一方向豎直向下的勻強(qiáng)電場,O、P是電場中的兩點。從O點沿水平方向以不同速度先后放射兩個質(zhì)量均為m的小球A、B。A不帶電,B的電荷量為q(q>0)。A從O點放射時的速度大小為v0,到達(dá)P點所用時間為t;B從O點到達(dá)P點所用時間為。重力加速度為g,求:(1)電場強(qiáng)度的大小;(2)B運動到P點時的動能?！窘馕觥?1)設(shè)電場強(qiáng)度的大小為E,小球B運動的加速度為a,O、P兩點的高度差為h。依據(jù)牛頓定律、運動學(xué)公式和題給條件,有mg+qE=ma ①h=a()2=gt2 ②解得E= ③(2)設(shè)B從O點放射時的速度為v1,到達(dá)P點時的動能為Ek,O、P兩點的水平距離為l,依據(jù)動能定理有Ek-m=mgh+qEh ④且有l(wèi)=v1=v0t ⑤h=gt2 ⑥聯(lián)立③④⑤⑥式得Ek=2m(+g2t2) ⑦答案:(1)(2)2m(+g2t2)【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,A、B為兩塊平行金屬板,A板帶正電、B板帶負(fù)電。兩板之間存在著勻強(qiáng)電場,兩板間距為d、電勢差為U,在B板上開有兩個間距為L的小孔。C、D為兩塊同心半圓形金屬板,圓心都在貼近B板的O′處,C帶正電、D帶負(fù)電。兩板間的距離很近,兩板末端的中心線正對著B板上的小孔,兩板間的電場強(qiáng)度可認(rèn)為大小到處相等,方向都指向O′。半圓形金屬板兩端與B板的間隙可忽視不計?，F(xiàn)從正對B板小孔緊靠A板的O處由靜止釋放一個質(zhì)量為m、電量為q的帶正電微粒(微粒的重力不計),問:(1)微粒穿過B板小孔時的速度多大。(2)為了使微粒能在CD板間運動而不碰板,CD板間的電場強(qiáng)度大小應(yīng)滿意什么條件。