10.5带电粒子在电场中有运动同步练习—吉林省白城市通榆县第一中学2021---2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（word版含答案）

吉林省通榆县第一中学2021---2022学年高二上学期物理必修第三册第十章静电场中的能量10.5带电粒子在电场中有运动
一、单选题（本大题共7小题，每小题4分,共28分）
质子、粒子、钠离子三个粒子分别从静止状态经过电压为的同一电场加速后，获得动能最大的是
A. 质子 B. 粒子 C. 钠离子 D. 都相同
如图所示，在真空中有一对平行金属板，由于接到电池组上而带电，两板间的电势差为。若一个质量为、带正电荷的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，不计粒子所受重力，则它到达负极板时的速度为
A. B. C. D.
带电粒子以速度从两平行金属板形成的匀强电场的正中间垂直电场射入，恰穿过电场而不碰到金属板，欲使入射速度为的同一粒子也恰好穿过电场不碰到金属板，则必须
A. 使两板间的距离减为原来的 B. 使两板间的电压减为原来的
C. 使两板间的电压减为原来的 D. 使两板间的距离减为原来的
如图所示，电子在电势差为的电场中由静止加速后，垂直射入电势差为的偏转电场。在满足电子能射出偏转电场的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是
A. 变大，变大 B. 变小，变小
C. 变大，变小 D. 变小，变大
如图所示：一带电粒子通过电压为的加速电场从静止开始加速，然后进入偏转电压为的偏转电场，最终射到右侧竖直放置的荧光屏上。已知粒子的质量为不计重力，电荷量为，该偏转电场的两板之间的距离为，板长为。下列说法正确的是
A. 粒子一定带正电
B. 粒子在偏转电场的加速度为
C. 射出电场时合速度为
D. 粒子射到荧光屏上的动能为
如图所示，正电荷垂直电场方向入射到匀强电场中，不计重力，正电荷做( )
A. 匀速直线运动 B. 匀加速直线运动
C. 向下偏转的曲线运动 D. 向上偏转的曲线运动
如图为示波管的原理图。若在上加上如图所示的扫描电压，在上加如图所示的信号电压，则在荧光屏上会看到的图形是
A. B. C. D.
二、多选题（本大题共3小题，每小题6分,选不全得3分,共18分）
如图，静止的电子在加速电压为的电场作用下从经板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压为的电场作用下偏转一段距离。现使变为原来的倍，要想使电子在偏转电场的偏转位移不发生变化，电子仍能穿出偏转电场，应该
A. 仅使变为原来的倍
B. 仅使变为原来的倍
C. 仅使偏转电场板间距离变为原来的倍
D. 仅使偏转电场板间距离变为原来的倍
如图所示，电子由静止开始从板向板运动，当到达板时速度为，保持两板电压不变，则
A. 当增大两板间距离时，增大
B. 当减小两板间距离时，减小
C. 当改变两板间距离时，不变
D. 当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间变长
如图所示，质子、氘核和粒子都沿平行板电容器两板中线方向垂直于电场线射入板间的匀强电场，射出后都打在同一个与垂直的荧光屏上，使荧光屏上出现亮点。下列说法中正确的是
A. 若它们射入电场时的速度相等，在荧光屏上将出现个亮点
B. 若它们射入电场时的动能相等，在荧光屏上将只出现个亮点
C. 若它们是由同一个电场从静止加速后射入此偏转电场的，在荧光屏上将只出现个亮点
D. 若它们是由同一个电场从静止加速后射入此偏转电场的，要增大偏移量可以只增大
三、填空题（本大题共2小题，共14分）
如图中虚线为匀强电场中的等势线，两粒子、质量相等，所带电荷量的绝对值也相等。现将、从虚线上的点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示，点、、为实线与虚线的交点，点电势高于点。若不计重力，则带________电荷，带________电荷，电场方向________，在点的动能________点的动能。
某研究性学习小组设计了以下方法来测量物体的带电荷量。如图所示，小球是一个外表面镀有金属膜的空心塑料球，用绝缘丝线悬挂于点，点固定一个可测量丝线偏离竖直方向角度的量角器，、是两块相同的、正对着的平行放置的金属板加上电压后其内部电场可看作匀强电场。另外还要用到的器材有天平、刻度尺、电压表、开关、滑动变阻器及导线若干。该小组的实验步骤如下取重力加速度为，完成下面的填空：
用天平测出小球的质量，按图所示电路进行器材的安装，并用刻度尺测出、板之间的距离，使小球带上一定的电荷量；
闭合开关，调节滑动变阻器滑片的位置，读出多组相应的电压表的示数和丝线的偏转角度；
根据实验数据，以电压为纵坐标，以________为横坐标建立坐标系，描点连线，可知该直线是一条过原点的直线，求出直线的斜率；
可求出小球的带电荷量________用、、、等物理量表示。
四、计算题（本大题共4小题，共40分）
如图所示，质量为，电量为的电子，从点以速度垂直场强方向射入匀强电场中，从点射出电场时的速度方向与电场线成度角，则、两点间的电势差是多少？
如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为，极板间的距离为，上板正中有一小孔。质量为、电荷量为的小球从小孔正上方高处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为。求：
小球到达上极板小孔处的速度；
极板间电场强度的大小；
电容器所带电荷量；
如图所示，一束电子经加速电场加速后进入偏转电场，已知电子的电荷量为，质量为，加速电场的电压为，偏转电场两极板间的距离为，极板长度为问：
电子进入偏转电场时的速度大小；
若要使得电子在飞出偏转电场时的侧位移恰好为，则需在偏转电场两极板间加上多大电压．
虚线、间存在如图所示的水平匀强电场，一带电粒子质量为、电荷量为，从点由静止开始经电压为的电场加速后，垂直进入匀强电场中，从虚线上的某点图中未画出离开匀强电场时速度与电场方向成角．已知、间距为，带电粒子的重力忽略不计．求：
带电粒子刚进入匀强电场时的速率；
水平匀强电场的场强大小结果保留两位有效数字；
两点间的电势差．
参考答案
1.【答案】
解析：设带电粒子的质量为，电量为，根据动能定理得：

可知粒子获得的动能与粒子所带的电量成正比，所以粒子获得的动能最大。
故选：。
2.【答案】
解析粒子从正极板到负极板的运动过程中有电场力做功，根据动能定理有，因此，故A正确，BCD错误。
故选A。
3.【答案】
解析：设平行金属板板长为，板间距离为，板间电压为，该带电粒子的质量和电量分别为、，带电粒子垂直射入平行金属板形成的匀强电场，做类平抛运动。
由题，带电粒子恰穿过电场而不碰金属板，则有：


又
联立得到：
由此式得到：欲使入射速度为的同一粒子也恰好穿过电场不碰金属板，上式仍成立，则粒子电量减为原来的，使两板间的电压减为原来的 ，使两板间的距离变为原来的倍，故 ACD错误，B正确。
故选B 。
4.【答案】
解析设偏转电场极板的长度为，两板间距离为
电子在加速电场中由动能定理得：
；
由牛顿第二定律和电场强度与电势差的关系：
；；
电子在偏转电场中由类平抛运动规律：
，，；
则电子的偏转角：；
即变小，变大，一定能使电子的偏转角变大，故D正确，ABC错误．
故选D．
5.【答案】
解析A.由于不知道加速电场和偏转电场的极板带电情况，故无法判断粒子的电性，故A错误；
B.粒子在偏转电场中的加速度为，B错误；
C.设离开加速电场时的速度为，粒子在加速电场中有，解得；
在偏转电场中有，水平方向：，竖直方向：，故射出电场时的合速度为：，故C错误；
D.粒子射到荧光屏上的动能为，故D正确。
故选D。
6.【答案】
解析：、电荷带正电，所受的电场力与场强方向相同，即竖直向上，且电场力与初速度垂直，所以正电荷做类平抛运动，是一种匀变速曲线运动，故AB错误。
、正电荷所受的电场力向上，所以正电荷做向上偏转的曲线运动，故C错误，D正确。
故选：。
7.【答案】
解析:因甲图偏转电极接入的是锯齿形电压，即扫描电压，且周期与偏转电压上加的是待显示的信号电压相同，所以在荧光屏上得到的信号在一个周期内的稳定图象。则显示的图象与所载入的图象形状是一样的，故A正确，BCD错误。
故选A。
8.【答案】
解析设平行金属板板间距离为，板长为电子在加速电场中运动时，由动能定理得：
垂直进入平行金属板间的电场做类平抛运动，则有
水平方向：，
竖直方向：，，又，
联立以上四式得偏转距离：
现使加倍，要想使电子在偏转电场的偏移量不发生变化，则可以仅使加倍或仅使偏转电场板间距离变为原来的倍，故AC正确。
故选AC。
9.【答案】
10.【答案】
解析A.设粒子的质量为，电量为，初速度为，匀强电场场强为，板长为，则
水平方向：粒子做匀速直线运动，则有
竖直方向：做匀加速直线运动，偏转距离
若它们射入电场时的初速度相等，氘核、氦核的比荷相等，相等，这两个粒子打在屏上同一点，所以光屏上将出现个亮点，故A错；
B.若它们射入电场时的动能相等，即它们的相等，质子、氘核的电荷相同，由选项可知相等，这两个粒子打在屏上同一点，所以光屏上将出现个亮点，故B对；
C.设加速电压为、偏转电压为，根据动能定理得,
解得
可见，与粒子的电量、质量无关，所以质子、氘核、氦核在偏转电场中偏转距离相等，这三个粒子都打在屏上同一点，所以光屏上将出现个亮点，故C正确；
D.由选项可知，若它们是由同一个电场从静止加速后射入此偏转电场的，要增大偏移量可以只增大，故D对。
故选BCD。
11.【答案】正；负；竖直向下；等于
解析:由题意知，等势线在水平方向，点电势高于点，根据电场线与等势线垂直，而且由高电势指向低电势，可知电场方向竖直向下；根据粒子的轨迹可判断出粒子所受的电场力方向竖直向上，粒子所受的电场力方向竖直向下，故知粒子带负电，带正电。由图可知，点与点位于同一个等势面上，故粒子从运动到过程电场力不做功，由动能定理知，在点的动能等于点的动能。
故答案为：正；负；竖直向下；等于。
12.【答案】
解析实验电路图如图所示：
对小球受力分析如图所示：
设细线与竖直方向的夹角为，根据平衡条件有：；
又有；
联立解得，，所以应以为横坐标；
由上可知，则小球的带电量为；
故填：；。
13.解：从到过程，由动能定理得：；
又因为：
所以：。
答：、两点间的电势差是。
14.解：小球到达小孔前是自由落体运动，根据速度位移关系公式，有：
解得：
对从释放到到达下极板处过程运用动能定理列式，有：
解得：
电容器两极板间的电压为：
电容器的带电量为：
15解：由动能定理可得：,
电子进入偏转电场后，做类平抛运动
竖直方向：
水平方向：
电子的加速度：
得：
答：电子进入偏转电场时的速度大小为；
若要使得电子在飞出偏转电场时的侧位移恰好为，则在偏转电场两极板间加的电压为．
16.解：粒子在电场中加速，由动能定理得：，
代入数据解得：；
粒子在电场中做类平抛运动，
沿初速度方向：，
沿电场方向：，
由题意可知：，
由牛顿第二定律得：，
解得：；
由动能定理得：，
代入数据解得：；
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