高中物理第一章静电场9带电粒子在电场中的运动课时训练新人教版.docx

带电粒子在电场中的运动题组一带电粒子的加速1.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后,速度最大的是()A.质子H)B.氘核H)C.粒子He)D.钠离子(Na+)解析:经加速电场加速后的速度为v=,比荷大的粒子加速后的速度大。答案:A2.两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m,电荷量为e,从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回,如图所示,OA=h,此电子具有的初动能是()A.B.edUhC.D.解析:电子从O点到A点,因受静电力作用,速度逐渐减小,根据题意和图示可知,电子仅受静电力,由能量关系:=eUOA,又E=,UOA=Eh=h,所以。故D项正确。答案:D3.(多选)如图所示,水平放置的充电平行金属板相距为d,其间形成匀强电场,一带正电的油滴从下极板边缘射入,并沿直线从上极板边缘射出,油滴的质量为m,所带电荷量为q,则()A.电场强度的方向竖直向上B.电场强度的方向竖直向下C.两极板间的电势差为D.油滴的电势能增加了mgd解析:由题意知带电油滴的静电力等于其重力,带电油滴受力平衡做匀速直线运动,A对,B错;由mg=q得电势差U=,C对;油滴的电势能增加量等于静电力做功的负值,即Ep=-W=-qU=-mgd,故油滴的电势能减少了mgd,D错。答案:AC题组二带电粒子的偏转4.一个带正电的油滴从如图所示的匀强电场上方A点自由下落,油滴落入匀强电场后,能较准确地描述油滴运动轨迹的是()解析:油滴自电场上方落入电场,即油滴进入电场时有一定的速度,而油滴受重力和静电力作用,两者的合力指向右下侧,而油滴进入电场时的速度方向为竖直向下,故油滴的轨迹应如选项B的情形。答案:B5.如图所示,质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中O点自由释放后,分别抵达B、C两点,若|AB|=|BC|,则它们带电荷量之比q1q2等于()A.12B.21C.1D.1解析:竖直方向有h=gt2,水平方向有l=t2,联立可得q=,所以有,选项B正确。答案:B6.如图所示,边长为L的正方形区域ABCD内存在着沿AD方向的匀强电场。电荷量为q、动能为Ek的带电粒子从A点沿AB方向进入电场,恰好从BC的中点离开电场,不计粒子所受重力。求:(1)电场强度的大小E;(2)粒子离开电场时的动能Ek1。解析:(1)设粒子质量为m,从A点沿AB方向进入电场时的速度为v,运动时间为t,在电场中运动的加速度为a,则a=L=vtat2Ek=mv2解得E=。(2)根据动能定理qE=Ek1-Ek故Ek1=q+Ek=2Ek。答案:(1)(2)2Ek题组三综合应用7.一束电子流在经U=5 000 V 的加速电场加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?解析:在加速电压一定时,偏转电压U越大,电子在极板间的偏转距离就越大。当偏转电压大到使电子刚好从极板的边缘飞出,此时的偏转电压,即为题目要求的最大电压。加速过程,由动能定理得eU=进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速运动l=v0t。在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度a=偏转距离y=at2能飞出的条件为y解得U=4.0102 V。答案:4.0102 V(建议用时:30分钟)1.一带电粒子在电场中只受静电力作用时,它不可能出现的运动状态是()A.匀速直线运动B.匀加速直线运动C.匀变速曲线运动D.匀速圆周运动解析:只在静电力的作用下,说明带电粒子受到的合外力为静电力,不为零,所以选项A不可能;当带电粒子在匀强电场中由静止释放后,带电粒子做匀加速直线运动,选项B可能;当带电粒子垂直进入匀强电场后,带电粒子做类平抛运动,选项C可能;原子核周围的电子在静电力的作用下做匀速圆周运动,选项D可能。故应选A项。答案:A2.如图所示,A、B两导体板平行放置,在t=0时将电子从A板附近由静止释放(电子的重力忽略不计)。分别在A、B两板间加四种电压,它们的UAB-t图线如下列四图所示。其中可能使电子到不了B板的是()解析:加A图中电压后,电子向B板做匀加速直线运动,一定能到达B板;加B图中电压后,电子可能在A、B板间做往复运动,电子到达不了B板;加上C、D图中电压后,电子在水平方向上做变加速运动,但运动方向一直向着B板,故电子一定能到达B板。综上所述,符合题意的选项为B。 答案:B3.(多选)三个粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入偏转电场,出现了如图所示的运动轨迹,由此可判断()A.在B飞离电场的同时,A刚好打在负极板上B.B和C同时飞离电场C.进入电场时,C的速度最大,A的速度最小D.动能的增加值C最小,A和B一样大解析:由题意知,三个粒子在电场中的加速度相同,A和B有相同的偏转位移y,由公式y=at2得,A和B在电场中运动时间相同,由公式v0=得vBvA,同理,vCvB,故三个粒子进入电场时的初速度大小关系为vCvBvA,故A、C正确,B错误;由题图知,三个粒子的偏转位移大小关系为yA=yByC,由动能定理可知,三个粒子的动能增加值为C最小,A和B一样大,D正确。答案:ACD4.如图所示,在电场强度为E、方向水平向右的匀强电场中,A、B为一竖直线上的两点,相距为l,外力F将质量为m、所带电荷量为-q(q0)的微粒从A点匀速移到B点,重力不能忽略,则下面说法中正确的是()A.外力的方向水平向右B.外力的方向竖直向上C.外力的大小等于qE+mgD.外力的大小等于解析:分析微粒受力,重力mg、静电力qE、外力F,由于微粒做匀速运动,三个力的合力为零,外力的大小和重力与静电力的合力大小相等,F=,F的方向应和重力与静电力的合力方向相反,选项D正确。答案:D5.一个初动能为Ek的电子,垂直电场线飞入平行板电容器中,飞出电容器的动能为2Ek,如果此电子的初速度增至原来的2倍,则它飞出电容器的动能变为()A.4EkB.8EkC.4.5EkD.4.25Ek解析:平行板间电场可看成匀强电场。据动能定理得qU=2Ek-Ek=Ek。当电子的速度增为原来的2倍时,它的初动能变为4Ek,在电场中运动时间变为原来的,逆着电场线方向的位移由h=at2变为原来的,所以进入点与飞出点的电势差U=U,又由动能定理可得qU=Ek-4Ek,Ek=4Ek+qU=4Ek+Ek=4.25Ek。答案:D6.(多选)如图所示,从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动,则下列对电子运动的描述中正确的是(设电源电压为U)()A.电子到达B板时的动能是eUB.电子从B板到达C板动能变化量为零C.电子到达D板时动能是3eUD.电子在A板和D板之间做往复运动解析:电子从A板到B板做匀加速运动,且eU=Ek,选项A正确;电子在B板和C板之间做匀速运动,选项B正确;电子从C板到D板做匀减速运动,到达D板时,速度减小为零,之后电子由D板向A板运动,故选项C错误,D正确。答案:ABD7.下图是一个说明示波管工作原理的示意图,电子经电压U1加速后垂直进入偏转电场,离开电场时的偏转量是h,两平行板间的距离为d,电势差为U2,板长为l。为了提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量),可采用的方法是()A.增大两板间的电势差U2B.尽可能使板长l短些C.尽可能使板间距离d小一些D.使加速电压U1升高一些解析:电子的运动过程可分为两个阶段,即加速和偏转。分别根据两个阶段的运动规律,推导出灵敏度()的有关表达式,然后再判断选项是否正确,这是解决此题的基本思路。电子经电压U1加速有:eU1=,电子经过偏转电场的过程有:l=v0t,h=at2= t2=。由以上各式可得。因此要提高灵敏度,若只改变其中的一个量,可采取的办法为增大l,或减小d,或减小U1。所以本题的正确选项为C。答案:C8.一个电子以4.0107 m/s的初速度沿电场线方向射入电场强度为2.5104 N/C的匀强电场中,问:这个电子在电场中能前进多远?用的时间是多少?这段距离上的电势差是多少?(电子质量m=0.9110-30 kg)解析:电子在电场中做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得电子的加速度a=电子在电场中前进的时间t=电子在电场中前进的距离x=at2由解得x=0.182 m,t=9.110-9 s这段距离上的电势差U=Ex=4.55103 V。答案:0.182 m9.110-9 s4.55103 V