2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册10.5 带电粒子在电场中的运动 同步练习题(Word版含答案)

10.5 带电粒子在电场中的运动
一、单选题
1．带正电荷的小球只受到电场力作用从静止开始运动，它在任意一段时间内
A．一定沿电场线由高电势处向低电势处运动
B．一定沿电场线由低电势处向高电势处运动
C．不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势处运动
D．不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电势处运动
2．匀强电场中有一尘埃，质量为0.01 g，带有10－8C的负电荷，尘埃沿水平方向向右做匀速直线运动，g＝10 m/s2，则(　　)
A．场强方向水平向左
B．场强的方向竖直向下
C．场强的大小是103 N/C
D．场强的大小是106 N/C
3．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 B．氘核 C．α粒子 D．钠离子（Na+）
4．如图为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点，在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，电场力做的功为1.5J，则下列说法正确的是（　　）
A．粒子带负电
B．粒子在A点的电势能比在B点少1.5J
C．粒子在A点的动能比在B点少0.5J
D．粒子在A点的机械能比在B点少1.5J
5．某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用，其运动轨迹如图中虚线所示，由M运动到N，以下说法正确的是
A．粒子必定带负电荷
B．粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度
C．粒子在M点的电势能小于它在N点的电势能
D．粒子在M点的动能小于它在N点的动能
6．如图所示，A、B是一条电场线上的两点，一带正电的点电荷沿电场线从A点运动到B点，在这个过程中，关于电场力做功的说法正确的是（ ）
A．电场力做正功
B．电场力做负功
C．电场力不做功
D．电场力先做正功后做负功
7．如图所示，质量为m=1.0×10-2kg、带电荷量为q=+1.0×10-5C的小球（可视为质点）置于光滑绝缘水平面上的A点，当空间存在斜向上的匀强电场时，该小球从静止开始沿水平面做匀加速直线运动，当运动到B点时，测得其速度vB=15m/s，此时小球的位移为xAB=15m，取重力加速度g=10m/s2，在上述运动中匀强电场的电场强度E可能为
A．E=500 V/m B．E=500V/m
C．E=1 500 V/m D．E=2 000 V/m
8．如图所示，正电子垂直电场方向入射到匀强电场中，不计重力，正电子做
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
二、多选题
9．如图所示，三个同样的带电粒子（不计重力）同时从同一位置沿同一方向垂直于电场线射入平行板电容器间的匀强电场，它们的运动轨迹分别用a、b、c标出，不考虑带电粒子间的相互作用，下列说法中正确的是
A．当b飞离电场的同时，a刚好打在下极板上
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．在电场中运动过程中c的动能增加最小，a、b动能增加量相同
10．如图所示，A、B两相同的金属板水平放置．现让两板带上等量异种电荷，两板间形成竖直方向的匀强电场．将一带电粒子沿水平方向从A板左侧靠近A板射入电场中．当粒子射入速度为v1时，粒子沿轨迹Ⅰ从两板正中间飞出，电场力做功为W1；当粒子射入速度为v2时，粒子沿轨迹Ⅱ落到B板正中间，电场力做功为W2．不计粒子重力，则(　 　)
A．v1∶v2＝2∶1 B．v1∶v2＝2∶1
C．W1∶W2＝1∶1 D．W1∶W2＝1∶2
11．如图所示，三条平行等距的虚线表示电场中的三个等势面，电势值分别为10V、20V、30V，实线是一带负电的粒子（不计重力）在该区域内的运动轨迹，对于轨迹上的a、b、c三点来说(　 　)
A．粒子在三点的合力Fa=Fb=Fc；
B．粒子必先过a，再到b，然后到c；
C．粒子在三点的动能大小为Ekb>Eka>Ekc；
D．粒子在三点的电势能大小为Epc12．如图所示，平行板电容器水平放置，开关S断开，电源通过二极管给电容器充电，一带电粒子从上、下极板左侧正中央的O点以一定速度平行于极板射入，恰好从下极板右侧边缘飞出，不计粒子自身重力和空气阻力，极板间电场可视为匀强电场，若粒子打到极板上即被吸收。以下情形，保持入射点O的位置不变，其中说法正确的是（　　）
A．将开关保持闭合，若上极板稍向下移动，要求粒子仍能从下极板右侧边缘飞出，则需要增大入射速度
B．将开关保持闭合，若将下极板稍向上移动，粒子在极板间运动时电势能减少量变小
C．开关保持断开，若上极板稍向下移动，粒子仍能从极板右端射出
D．开关保持断开，若将上极板稍向上移动，粒子会打到下极板上
13．如图所示，一充电后与电源断开的平行板电容器的两极板水平放置，板长为L，板间距离为d，距板右端L处有一竖直屏M。一带电荷量为q、质量为m的质点以初速度v0沿中线射入两板间，最后垂直打在M上，已知重力加速度为g，下列结论正确的是（　 　）
A．两极板间电场强度大小为
B．两极板间电压为
C．整个过程中质点的重力势能增加
D．若仅增大两极板间距，该质点仍能垂直打在M上
14．如图所示，在竖直向上的匀强电场中，一根不可伸长的绝缘细绳的一端系着一个带电小球，另一端固定于O点，小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为a，最低点为b。不计空气阻力，则（　　）
A．小球带负电
B．电场力跟重力平衡
C．小球在从a点运动到b点的过程中，电势能减小
D．小球在运动过程中机械能不守恒
三、填空题
15．如图，一带电液滴在重力和匀强电场对它的作用力作用下，从静止开始由b沿直线运动到d，且bd与竖直方向所夹的锐角为45°，此液滴带_______电，液滴的加速度等于_______，液滴的电势能_____（填增加、减小）。
16．如图，虚线表示场源电荷Q形成电场的等势面，实线为一个带电粒子q的运动轨迹，则q所带电荷的电性与Q_________（选填“相同”或“相反”），q从A点沿实线运动到B点的过程中，其电势能的变化情况是_____________。
17．在两块平行竖直放置的带等量异种电荷的金属板M、N间的匀强电场中有A、B两点，AB连线与水平方向成30°角，AB长为0.2cm，如图所示。现有一带电量为4×10－8C的负电荷从A沿直线移到B点，电场力做正功2.4×10－6J，则A、B两点间的电势差为________，________点电势高。若此电荷q沿任意路径从B到A点，电荷电势能变化情况是________，此匀强电场的场强大小为________，若两金属板相距0.3cm，则两板电势差为________。
18．示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的极板应带_______电．
19．如图所示，带电荷量分别为q1、q2的粒子，以相同的初速度从P点沿垂直于场强方向射入平行板间的匀强电场中，分别落在下极板上的A、B两点，若AB＝OA，q1＝3q2，不计重力，则两个粒子质量之比为________，两个粒子进入电场之后的动能增量之比为________．
四、解答题
20．如图所示，CD左侧存在场强大小，方向水平向左的匀强电场，一个质量为m、电荷量为的光滑绝缘小球，从底边BC长为L、倾角的光滑直角三角形斜面顶端A点由静止开始下滑，运动到斜面底端C点后进入一光滑竖直半圆形细圆管内处为一小段长度可忽略的光滑圆弧，圆管内径略大于小球直径，半圆直径CD在竖直线上，恰能到达细圆管最高点D点，随后从D点离开后落回斜面上某点重力加速度为g，，求：
小球到达C点时的速度；
小球从D点运动到P点的时间t。
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．D
【详解】
物体的运动情况取决于合力和初始条件．小球只受到电场力的作用，从静止开始释放，仅受电场力作用，是否沿电场线运动，还要看电场线是直线还是曲线，若为直线，小球沿电场线运动，若为曲线，小球不沿电场线运动．在任意一段时间内，小球不一定从高电势向低电势运动，比如在等量同种负电荷连线的中垂线上做往复运动．
A．一定沿电场线由高电势处向低电势处运动．故A错误．
B．一定沿电场线由低电势处向高电势处运动．故B错误．
C．不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势处运动．故C错误．
D．不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电势处运动．故D正确．
2．B
【分析】
尘埃在匀强电场中沿水平方向向右做匀速直线运动，受到的电场力与重力平衡，根据平衡条件求出电场强度大小和方向．
【详解】
尘埃在匀强电场中沿水平方向向右做匀速直线运动，受到的电场力与重力平衡，则电场力方向竖直向上，而尘埃带负电，所以电场强度方向竖直向下，故A错误，B正确；根据平衡条件得：mg=qE，代入数据可得：，故CD错误．所以B正确，ACD错误．
【点睛】
解决本题的关键根据受力平衡求出电场强度的大小和方向，以及知道电场强度的方向与正电荷所受电场力方向相同，与负电荷所受电场力方向相反．
3．A
【详解】
设粒子的电量为q，质量为m，粒子从静止状态经过电压为U的电场加速过程，电场力做功为W=qU，则由动能定理得qU=，得到v=，在题中四个粒子中质子的比荷最大，速度也最大，故选A
4．D
【详解】
A. 根据粒子的运动轨迹，可知粒子带正电，故A错误；
B. 从A点运动到B点电场力做正功，电势能减少，则粒子在A点的电势能比在B点多1.5J，故B错误；
C. 从A点运动到B点，克服重力做的功为2.0J，电场力做的功为1.5J，则在A点的动能比在B点多0.5J，故C错误；
D. 从A点运动到B点，场力做的功为1.5J，由能量的转化与守恒定律可知，机械能的增加量等于电场力做功的多少，所以机械能增加了1.5J，即粒子在A点的机械能比在B点少1.5J，故D正确。
故选D。
5．D
【详解】
A.粒子在电场里做曲线运动，由曲线运动的规律可知，粒子受到的电场力指向轨迹的凹侧，
因电场线向右上方，则粒子一定带正电，故A错误；
B.电场线越密粒子受到的电场力越大，加速度越大，由图可知，M点的电场线比N点疏，则粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度，故B错误；
CD. 粒子受到的电场力指向轨迹的凹侧，由M运动到N，电场力与位移夹角为锐角，则电场力做正功，电势能减小，动能增大，故D正确C错误。
故选D。
6．A
【解析】
试题分析：解这类题是思路：根据带电粒子运动的方向与电场力方向的关系，然后判定电场力做功的情况．
解：正电荷受力的方向与电场线的方向相同，粒子运动的方向与电场线的方向相同，所以电场力做正功．故A正确，BCD错误．
故选A
【点评】关于电场力做功的情况，可以根据电场力的方向与运动方向的关系来判定．属于基础题目．
7．B
【详解】
根据动能定理得，故有E>750V/m，又，解得：，即750V/m8．D
【详解】
AB．正电子带正电，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，所以正电子做类平抛运动，是一种匀变速曲线运动，故AB错误．
CD．正电子所受的电场力向上，所以正电子做向上偏转的曲线运动，故C错误，D正确．
【点睛】
解决本题的关键是分析清楚电场力和速度的方向之间的关系，知道曲线运动的条件，从而正电子的运动情况．
9．ACD
【详解】
三个粒子相同，故进入电场后，受到的电场力相等，即加速度相等，在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量，所以，故B错误，A正确；在水平方向上做匀速直线运动，故有，因为，，所以有，故C正确；根据动能定理，故c的最小，a和b的一样大，故D正确。
故选ACD。
10．AD
【详解】
粒子在电场中做类平抛运动，根据规律，竖直方向：，水平方向匀速：，联立解得：，所以：v1∶v2＝2∶1；电场力做功，，联立可得：W1∶W2＝1∶2，BC错误AD正确
11．AD
【详解】
A．因表示电场中三个等势面的三条虚线是平行且等间距的，由此可判断电场是匀强电场，所以带电粒子在电场中各点受到的电场力相等，故A项正确．
B．由题中的图可知，电场的方向是向上的，带负电的粒子将受到向下的电场力作用，带负电的粒子无论是依次沿a、b、c运动，还是依次沿c、b、a运动，都会得到如图的轨迹，故B项错误．
C．带负电的粒子在电场中运动时，受到向下的电场力，向上运动时电场力做负功，动能减小，所以 故C错误；
D．带负电的粒子在电场中运动时，受到向下的电场力，向上运动时电场力做负功，电势能增加，所以 ，故D正确；
故选AD。
12．AB
【详解】
A．开关保持闭合时，极板电压保持不变，若将上极板稍向下移动，由可知，极板间电场强度变大，要求粒子仍能从下极板右侧边缘飞出，则需要增大入射速度，A正确；
B．若将下极板稍向上移动，极板间电场强度变大，粒子一定打到下极板上，由可知O与上极板的电势差变大，则O与下极板的电势差变小，故粒子在极板间运动时电势能减少量变小，B正确；
C．开关保持断开时，若将上极板稍向下移动，由和知，极板上带电量增大，二极管导通，故极板上电压不变，由可知，极板间电场强度变大，故粒子一定打到下极板上，C错误；
D．若将上极板稍向上移动，因二极管的存在，由、和可知，极板间电场强度不变，粒子仍能从极板右端射出，D错误。
故选AB。
13．BD
【详解】
AB． 据题分析可知，小球在平行金属板间轨迹应向上偏转，做类平抛运动，飞出电场后，小球的轨迹向下偏转，才能最后垂直打在M屏上，前后过程质点的运动轨迹有对称性，如图
可见两次偏转的加速度大小相等，根据牛顿第二定律得：
qE-mg=mg
得到：
由U=Ed可知板间电压为：
故A错误，B正确；
C． 小球在电场中向上偏转的距离为：
y＝at2
而
a＝＝g，t＝
解得：
y＝
故小球打在屏上的位置与P点的距离为：
S＝2y＝
重力势能的增加量为：
EP＝mgs＝
故C错误。
D．仅增大两板间的距离，因两板上电量不变，根据
E＝＝
而C＝，解得：
E＝
可知，板间场强不变，小球在电场中受力情况不变，则运动情况不变，故仍垂直打在屏上，故D正确。
故选BD。
14．BD
【详解】
AB．小球在竖直平面内做匀速圆周运动，合外力提供向心力。由题意可知，重力和电场力等大反向，相互抵消，细绳的拉力提供向心力，则小球带正电，A错误，B正确；
C．小球在从a点运动到b点的过程中，电场力做负功，电势能增加，C错误；
D．小球在运动过程中电场力要做功，则机械能不守恒，D正确。
故选BD。
15．负电 减小
【详解】 据题带电液滴沿直线由b运动到d，带电液滴所受重力与电场力的合力一定与其运动方向在同一直线上，对液滴进行受力分析，其受力情况如图所示，则电场力方向一定水平向右，与场强方向相反，所以该液滴带负电
由图可得物体所受合力为
故物体的加速度为
由于液滴从静止开始做加速运动，故合力的方向与运动的方向相同，电场力的方向和运动方向夹角为锐角，电场力对物体做正功，液滴的电势能减小
16．相同 先增大后减小
【详解】
根据图像可知，粒子受到的合力方向指向左上，受到斥力作用，故所带电荷的电性与Q相同，从A到B过程中，斥力先做负功后做正功，故电势能先增大后减小。
17．-60V B 增加2.4×106J V V
【详解】
据电势差公式得：
所以
B点电势高。
若此电荷q沿任意路径从B到A点
WBA=qUBA=q（-UAB）=-2.4×10-6J
所以电势能增加2.4×106J
电场强度
，
解得：
若两金属板相距0.3cm，则两板电势差为
18．正
【详解】
P点出现在第一象限，说明在水平方向上向X板偏转，由于电子带负电，负电荷受力方向应该与电场线方向相反，所以X板应该带正电．
19．3∶4 3∶1
【详解】
设q1运动的时间为t1，q2运动的时间为t2。粒子在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，两粒子的初速度相等，设初速度为v0，
根据运动学公式：
可得时间：
所以有：
根据：
由以上各式联立得
根据动能定理有：，所以动能增量之比为：
20．(1)v= (2)t=
【详解】
（1）由动能定理：
…①
解得：…②
（2）由A到D的过程由动能定理
…③
得：…④
离开D点后做匀加速直线运动，如图．
竖直方向
…⑤
水平方向
…⑥…⑦
又由几何关系得
…⑧
解得…⑨答案第1页，共2页
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