【同步】高中物理一轮复习课后习题-第九章第50课时　专题强化-带电粒子在交变电场中的运动

第50课时专题强化：带电粒子在交变电场中的运动课时精练(分值：50分)1~3题每小题6分，共18分1.如图甲所示，在平行板电容器A、B两极板间加上如图乙所示的交流电压。开始A板的电势比B板高，此时两板中间原来静止的电子在静电力作用下开始运动。设电子在运动中不与极板发生碰撞，向A板运动时为速度的正方向，则下列图像中能正确反映电子速度变化规律的是(其中C、D两项中的图线按正弦函数规律变化)()答案A解析在前半个周期内，A板的电势高，电场的方向向右，电子受到的静电力方向水平向左，电子向左做初速度为零的匀加速直线运动，在后半个周期，电场的方向向左，电子所受的静电力水平向右，电子向左做匀减速直线运动直到速度为零，然后进入第二个周期，重复之前的运动，由此可知，电子在每个周期内先向左做初速度为零的匀加速直线运动，然后向左做匀减速直线运动，如此反复，由图像可知A正确，B、C、D错误。2.如图甲所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图乙所示的交流电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处，若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上，则t0可能属于的时间段是()A.0<t0<T4 B.T2<t0C.3T4<t0<T D.T<t0答案B解析若0<t0<T4，带正电粒子先加速向B板运动、再减速运动至零，然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向右运动的距离大于向左运动的距离，最终打在B板上，所以A不符合题意；若T2<t0<3T4，带正电粒子先加速向A运动、再减速运动至零，然后再反方向加速运动、减速运动至零，如此反复运动，每次向左运动的距离大于向右运动的距离，最终打在A板上，所以B符合题意；若3T4<t0<T，带正电粒子先加速向A板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零，如此反复运动，每次向左运动的距离小于向右运动的距离，最终打在B板上，所以C不符合题意；若T<t0<9T3.一匀强电场的电场强度E随时间t变化的图像如图所示，在该匀强电场中，有一个带负电粒子于t=0时刻由静止释放，若带电粒子只受静电力作用，则下列说法中正确的是()A.带电粒子只向一个方向运动B.0~2s内，静电力做功等于0C.4s末带电粒子回到原出发点D.2.5~4s内，静电力做功等于0答案D解析画出带电粒子速度v随时间t变化的图像如图所示，v-t图线与时间轴所围“面积”表示位移，可见带电粒子不是只向一个方向运动，4s末带电粒子不能回到原出发点，A、C错误；2s末速度不为0，可见0~2s内静电力做的功不等于0，B错误；2.5s末和4s末，速度的大小、方向都相同，则2.5~4s内，静电力做功等于0，D正确。4题6分，5题12分，共18分4.如图甲，一带电粒子沿平行板电容器中线MN以速度v平行于极板进入(记为t=0时刻)，同时在两板上加一按图乙变化的电压。已知粒子比荷为k，带电粒子只受静电力的作用且不与极板发生碰撞，经过一段时间，粒子以平行极板方向的速度射出。则下列说法中正确的是()A.粒子射出时间可能为t=4sB.粒子射出的速度大小为2vC.极板长度满足L=3vn(n=1，2，3，…)D.极板间最小距离为3答案D解析粒子进入电容器后，在平行于极板方向做匀速直线运动，垂直极板方向的运动v-t图像如图所示因为粒子平行极板射出，可知粒子垂直极板的分速度为0，所以射出时刻可能为1.5s、3s、4.5s…，满足t=1.5n(n=1，2，3，…)，粒子射出的速度大小必定为v，故A、B错误；极板长度L=v·1.5n(n=1，2，3，…)，故C错误；因为粒子不跟极板碰撞，则应满足d2≥12vy×1.5s，vy=a×1s，a=qU0md，联立求得d5.(12分)如图甲所示，长为L、间距为d的两金属板A、B水平放置，ab为两板的中心线，一个带电粒子(不计重力)以速度v0从a点水平射入，沿直线从b点射出，粒子质量为m，电荷量为q。若将两金属板接到如图乙所示的交流电压上，欲使该粒子仍能从b点以速度v0射出。(1)(5分)交流电压的周期T应满足什么条件？粒子从a点射入金属板的时刻应满足什么条件？(2)(7分)两板间距d应满足什么条件？答案(1)T=Lnv0(n为正整数)t=(2n+1)L4nv解析(1)要使带电粒子从b点以速度v0射出，应满足Lv0=nT(n为正整数)，则T=Ln由运动的对称性可知，射入的时刻应为t=nT2+T4，即t=(2n(2)第一次加速过程有y1=12at2=12×qU将T代入得y1=q要使粒子不打在板上，应满足d2≥2y即d≥L2nv6、7题每小题7分，共14分6.如图甲所示，长为8d、间距为d的平行金属板水平放置，O点为两板中点的一粒子源，能持续水平向右发射初速度为v0、电荷量为+q、质量为m的粒子。在两板间存在如图乙所示的交变电场，取竖直向下为正方向，不计粒子重力及粒子间的相互作用，以下判断正确的是()A.能从板间射出的粒子的动能均相同B.粒子在电场中运动的最短时间为2C.t=dv0时刻进入的粒子，从D.t=d2v0答案A解析由题图乙可知电场强度E=mv022qd，则粒子在电场中的加速度a=qEm=v022d，则粒子在电场中运动的最短时间满足12d=12atmin2，解得tmin=2dv0，故B错误；能从板间射出的粒子在板间运动的时间均为t=8dv0=2T，则这些粒子射出电场时沿电场方向的速度均为0，可知射出电场时的动能均为12mv02，故A正确；t=dv0=T4时刻进入的粒子，在沿电场方向的运动是：先向下加速T4，后向下减速T4速度到零；然后向上加速T4，再向上减速T4速度到零……如此反复，则最后射出时沿电场方向的位移为零，则粒子将从O'点射出，故C错误；t=7.如图甲所示，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()A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.4∶1答案C解析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