高考物理总复习《带电粒子在电场中的运动》专项检测卷及答案

第第页高考物理总复习《带电粒子在电场中的运动》专项检测卷及答案学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________A级基础对点练对点练1带电粒子(带电体)在电场中的直线运动1.如图1所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点。由O点静止释放的电子恰好能运动到P点。现将C板向右平移到P′点，则由O点静止释放的电子()图1A.运动到P点返回B.运动到P和P′点之间返回C.运动到P′点返回D.穿过P′点2.(2024·辽宁抚顺高三期末)如图2所示，空间有一匀强电场，电场方向与纸面平行。一电荷量为－q的粒子(重力不计)，在恒力F的作用下沿虚线由M匀速运动到N。已知力F和MN间夹角为θ，M、N间距离为d，则下列结论中正确的是()图2A.匀强电场的电场强度大小为eq\f(Fsinθ,q)B.匀强电场的电场强度大小为eq\f(Fcosθ,q)C.匀强电场的电场强度大小为eq\f(F,q)D.若要使带电粒子由N向M做匀速直线运动，则F必须反向3.(2024·广东深圳育才中学高三月考)一质量为m、电荷量为q的带正电粒子(重力不计)以速度v0逆着电场线方向射入有左边界的匀强电场，电场强度为E(如图3所示)，则()图3A.粒子射入的最大深度为eq\f(mveq\o\al(2,0),qE)B.粒子射入的最大深度为eq\f(mveq\o\al(2,0),4qE)C.粒子在电场中运动的最长时间为eq\f(mv0,qE)D.粒子在电场中运动的最长时间为eq\f(2mv0,qE)对点练2带电粒子在电场中的偏转4.(多选)(2024·陕西西安高三校联考)如图4所示，匀强电场的方向水平向右，一质量为m的带电粒子在匀强电场所在的竖直平面内运动，A、B为其运动轨迹上的两点。已知该带电粒子在A点的速度大小为v0，方向与竖直方向的夹角为30°，它运动到B点时速度方向与竖直方向的夹角变为60°。不计带电粒子受到的重力，若B点电势为零，则下列说法正确的是()图4A.带电粒子带正电B.带电粒子在B点的速度大小为2v0C.带电粒子从A点运动到B点的过程中，电势能减少了eq\f(1,4)mveq\o\al(2,0)D.带电粒子在A点的电势能为mveq\o\al(2,0)5.(多选)如图5甲为两水平金属板，在两板间加上周期为T的交变电压u，电压u随时间t变化的图线如图乙所示。质量为m、重力不计的带电粒子以初速度v0沿中线射入两板间，经时间T从两板间飞出。下列关于粒子运动的描述正确的是()图5A.t＝0时入射的粒子，离开电场时偏离中线的距离最小B.无论哪个时刻入射的粒子，离开电场时的速度方向都沿水平方向C.t＝eq\f(1,4)T时入射的粒子，离开电场时偏离中线的距离最大D.无论哪个时刻入射的粒子，离开电场时的速度大小都相等6.如图6，平行板电容器板间电压为U，板间距为d，两板间为匀强电场，让质子流以初速度v0垂直电场射入，沿a轨迹落到下板的中央。现只改变其中一条件，使质子沿b轨迹落到下板边缘，则可以将(忽略重力影响)()图6A.开关S断开B.初速度变为3v0C.板间电压变为eq\f(U,4)D.上板竖直移动，使板间距变为2dB级综合提升练7.(多选)(2024·广东揭阳联考)等离子体推进器的原理结构如图7所示，首先由电子枪产生高速电子流，经过碰撞，电子将等离子体发生器内的惰性气体电离，形成等离子体，最后等离子体中的正离子经过静电加速层加速后高速飞出，从而对等离子推进器产生作用力。假设正离子的质量为m，电量为q，经电压为U的静电加速层加速后形成电流为I的离子束，忽略离子进入静电加速层的初速度，不计离子重力和离子间的相互作用力，下列说法正确的是()图7A.离子推进器是将化学能转化为机械能的装置B.离子由静电加速层喷出时的速度大小为eq\r(\f(qU,2m))C.单位时间内，由静电加速层喷出的离子数为eq\f(I,q)D.离子推进器产生的推力大小为Ieq\r(\f(2mU,q))8.如图8所示，一电荷量为q的带电粒子以一定的初速度由P点射入匀强电场，入射方向与电场线垂直。粒子从Q点射出电场时，其速度方向与电场线成30°角。已知匀强电场的宽度为d，方向竖直向上，P、Q两点间的电势差为U(U＞0)，不计粒子重力，P点的电势为零。则下列说法正确的是()图8A.粒子带负电B.带电粒子在Q点的电势能为qUC.P、Q两点间的竖直距离为eq\f(d,2)D.此匀强电场的电场强度为eq\f(2\r(3)U,3d)9.如图9甲为一对长度为L的平行金属板，在两板之间加上如图乙所示的电压。现沿两板的中轴线从左端向右端连续不断射入初速度为v0的相同带电粒子(不计重力及粒子间的相互作用)，且所有粒子均能从平行金属板的右端飞出。若粒子在两板之间的运动时间均为T，则粒子最大偏转位移与最小偏转位移的大小之比是()图9A.1∶1 B.2∶1C.3∶1 D.4∶1C级培优加强练10.(2023·北京卷，19)某种负离子空气净化原理如图10所示。由空气和带负电的灰尘颗粒物(视为小球)组成的混合气流进入由一对平行金属板构成的收集器。在收集器中，空气和带电颗粒沿板方向的速度v0保持不变。在匀强电场作用下，带电颗粒打到金属板上被收集，已知金属板长度为L、间距为d，不考虑重力影响和颗粒间相互作用。图10(1)若不计空气阻力，质量为m、电荷量为－q的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压U1；(2)若计空气阻力，颗粒所受阻力与其相对于空气的速度v方向相反，大小为f＝krv，其中r为颗粒的半径，k为常量。假设颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度。半径为R、电荷量为－q的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压U2。11.(2024·广东珠海高三统考)负离子吹风筒是目前比较流行的吹风筒。如图11，某负离子吹风筒吹出含有大量氧离子(－2e)的空气，沿水平方向进入电压为U的加速电场，之后进入竖直放置的偏转电场，偏转电场极板电压恒为U，极板间距为d，长度也为d。若空气流中所含氧离子分布均匀且横截面积足够大，氧离子质量为m，不考虑空气流分层现象，不计离子间作用力，不计空气对离子流和电场的影响，不计氧离子重力以及氧离子进入加速电场的初速度，求：图11(1)氧离子进入偏转电场的速度大小；(2)能够离开偏转电场的氧离子占进入偏转电场氧离子的比例。参考答案1.A[设A、B两金属薄板之间的电势差为U1，B、C两金属薄板之间的电势差为U2，金属薄板之间的间距为d，电场强度为E，第一次由O点静止释放的电子恰好能运动到P点，根据动能定理qU1－qU2＝0，qU2＝qEd，将C板向右平移到P′点，BC之间的电场强度不变，电势差增大，所以电子还是运动到P点速度减小为零然后返回。故A正确。]2.C[粒子做匀速运动，受力平衡，则电场强度大小E＝eq\f(F,q)，故A、B错误，C正确；粒子做匀速直线运动的条件是粒子受力平衡，即由N运动到M，带电粒子受到的电场力不变，则F也保持不变，故D错误。]3.D[粒子从射入到运动至速度为零，由动能定理得－qExmax＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，最大深度xmax＝eq\f(mveq\o\al(2,0),2qE)，由v0＝at，a＝eq\f(qE,m)可得t＝eq\f(mv0,qE)，由对称性可得粒子在电场中运动的最长时间为tmax＝2t＝eq\f(2mv0,qE)，故D正确。]4.AD[由带电粒子的运动轨迹可得，带电粒子带正电，故A正确；带电粒子在竖直方向的速度不变，设带电粒子在B点的速度大小为v，有v0cos30°＝vcos60°，解得v＝eq\r(3)v0，故B错误；带电粒子的电势能减少量为ΔEp＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝mveq\o\al(2,0)，故C错误；B点的电势为零，带电粒子在B点的电势能也为零，在A点的电势能为mveq\o\al(2,0)，故D正确。]5.BD[因为水平方向粒子的速度v0保持不变，当t＝0时入射，在t＝eq\f(1,2)T时竖直方向速度达到最大，当t＝T时速度恰好减小为0，因此离开电场时偏离中线的距离最大，故A、C错误；无论哪个时刻入射的粒子，在一个时间T内，正向电压和反向电压的时间是相同的，所以在竖直方向上电场力的冲量为零，所以离开电场时的速度方向都是水平的，离开电场时的速度大小都相等，故B、D正确。]6.C[断开开关，极板上的电压不变，两板间电场强度不变，故质子的运动轨迹不变，A错误；根据x＝v0t，a＝eq\f(qU,md)，y＝eq\f(1,2)at2，可得y＝eq\f(qUx2,2mdveq\o\al(2,0))，从下板边缘射出时，竖直位移y不变，水平位移x变为原来的两倍，故可采取的措施是初速度变为2v0，或板间电压变为eq\f(U,4)，或上板上移使板间距变为4d，B、D错误，C正确。]7.CD[离子推进器可将静电加速层中的电能转化为机械能，A错误；根据动能定理有qU＝eq\f(1,2)mv2，离子由静电加速层喷出时的速度大小为v＝eq\r(\f(2qU,m))，B错误；若n表示单位时间内由静电加速层喷出的离子数，根据电流的定义有I＝nq，单位时间内，由静电加速层喷出的离子数为n＝eq\f(I,q)，C正确；Δt时间内喷出离子的动量为Δp＝nΔtmv，根据动量定理有FΔt＝Δp，则F＝nmv＝Ieq\r(\f(2mU,q))，D正确。]8.D[由题图可知，带电粒子的轨迹向上弯曲，则粒子受到的静电力方向竖直向上，与电场方向相同，所以该粒子带正电，故A错误；粒子从P点运动到Q点，电场力做正功，为W＝qU，则粒子的电势能减少了qU，P点的电势为零，可知带电粒子在Q点的电势能为－qU，故B错误；Q点速度的反向延长线过水平位移的中点，则y＝eq\f(\f(d,2),tan30°)＝eq\f(\r(3),2)d，电场强度大小为E＝eq\f(U,y)＝eq\f(2\r(3)U,3d)，C错误，故D正确。]9.C[粒子在两板之间的运动时间均为T，设偏转电场电压不为零时，粒子在偏转电场中的加速度为a，若粒子在t＝nT(n＝0，1，2，…)时刻进入偏转电场，则竖直方向上先加速后匀速，然后飞出偏转电场，此时粒子偏转位移最大，ymax＝eq\f(1,2)a(eq\f(T,2))2＋a·eq\f(T,2)·eq\f(T,2)＝eq\f(3,8)aT2；若粒子在t＝nT＋eq\f(T,2)(n＝0，1，2，…)时刻进入偏转电场，则竖直方向上先静止后加速，然后飞出偏转电场，此时粒子偏转位移最小，ymin＝0＋eq\f(1,2)a(eq\f(T,2))2＝eq\f(1,8)aT2，则粒子最大偏转位移与最小偏转位移的大小之比是3∶1，故C项正确。]10.(1)eq\f(2d2mveq\o\al(2,0),qL2)(2)eq\f(d2kRv0,qL)解析(1)只要紧靠上极板的颗粒能够落到收集板右侧，颗粒就能够全部收集，有L＝v0td＝eq\f(1,2)at2qE＝maE＝eq\f(U1,d)解得U1＝eq\f(2d2mveq\o\al(2,0),qL2)。(2)颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度F电＝f即eq\f(qU2,d)＝kRveq\f(d,v)＝eq\f(L,v0)解得U2＝eq\f(d2kRv0,qL)。11.(1)2eq\r(\f(eU,m))(2)eq\f(3,4)解析(1)氧离子进入加速电场，根据动能定理有2eU＝eq\f(1,2