10.5带电粒子在电场中的运动基础巩固（word版含答案）

10.5带电粒子在电场中的运动基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）必修第三册
一、选择题（共15题）
1．如图所示，空间存在方向垂直于斜面BC向上的匀强电场，电场强度大小为E，ABC为直角三角形的三个顶点，在直角顶点A处固定一带电量为+q、质量为m的绝缘小球，将另一同样的小球从斜面顶点B处由静止释放，已知斜面光滑，长为L球能沿斜面从B点运动到斜面底端C处，重力加速度为g，则小球运动到斜面中点D处时的速度为（　　）
A． B． C． D．
2．如图所示，在光滑绝缘水平面上的MNQP区域存在水平向右、电场强度为E的匀强电场，电场宽度为L，其左侧有一长为L的绝缘轻质细杆的两端各连接一个质量为m、带电荷量为+q的带电小球A和一个质量为2m、带电荷量为－２q的带电小球B、带电小球均可视为质点并与绝缘轻质细杆组成一个系统（不计两者间的库仑力）。现让系统里的A球从紧靠MN处的电场中由静止释放，一起向右运动。下列说法正确的是（　　）
A．系统一起向右运动过程中加速度大小不变
B．AB系统一起向右运动过程中绝缘轻质细杆的弹力大小不变
C．AB系统一起向右运动过程中绝缘轻质细杆至少承受力的大小为
D．AB系统一起向右运动过程中绝缘轻质细杆至少承受力的大小为
3．如图所示，甲是某电场中的一条电场线，a、b是这条线上的两点，一负电荷只受电场力 作用，沿电场线从 a 运动到 b ，在这过程中，电荷的速度一时间图象如图乙所示，比较 a、b 两点的电势φ的高低和电场强度 E 的大小，正确的是
A． B． C． D．
4．如图所示，一电子以某一初速度从A点射入匀强电场，射入方向与电场成角。当电子运动到电场中的P点时速度最小（P点未画出），最小速度为v，电子电荷量为e、质量为m，不计电子重力，则A、P间的电势差为（　　）
A． B． C． D．
5．如图，质量为m的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，处于静止状态．施加一水平向右的匀强电场后，A向右摆动，摆动的最大角度为，则A受到的电场力大小为________．在改变电场强度的大小和方向后，小球A的平衡位置在α＝处，然后再将A的质量改变为2m，其新的平衡位置在α＝处，A受到的电场力大小为________．(　　)
A．mg　mg B．mg　mg
C．mg　mg D．mg　mg
6．一带正电的质量为m的液滴在有界匀强电场外上方的A点自由下落，匀强电场上下边界分别为M，N，如图所示。则液滴在电场中（从O点起）及在电场下方空间的运动轨迹应为下列图中的（　　）
A． B． C． D．
7．如图所示，在竖直向上的匀强电场中，一根不可伸长的轻质绝缘细绳，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．小球所受的合力为零
B．小球在从a点运动到b点的过程中，重力势能增加
C．小球所受的电场力跟其重力是一对平衡力
D．小球在运动过程中机械能守恒
8．如图所示，P和Q为两平行金属板，板间有一定电压，在P板附近有一电子（不计重力）由静止开始向Q板运动，下列说法正确的是（　　）
A．两板间距离越大，加速时间越短
B．两板间距离越小，电子的加速度就越小
C．电子到达Q板时的速率，与加速电压无关，仅与两板间距离有关
D．电子到达Q板时的速率，与两板间距离无关，仅与板间电压有关
9．如图所示，一质量为m、电荷量为-q的粒子，以初速度v0从a点竖直向上射入匀强电场中，匀强电场方向水平向左。粒子通过电场中的b点时，速率为3v0，方向与电场方向一致，则a、b两点间的电势差Uab为（　　）
A． B．
C． D．
10．如图所示，平行板电容器与一直流电源相连，两极板水平放置，电容为C，开始开关闭合，电容器极板间电压为U，两极板间距为d。一电荷量大小为q的带电油滴以初动能Ek从一平行板电容器的两个极板中央水平射入（极板足够长），带电油滴恰能沿图中所示水平虚线匀速通过电容器，则（ ）
A．断开开关，将上极板上移，带电油滴将撞击下极板，撞击下极板时的动能为Ek+
B．断开开关，将上极板上移，带电油滴将撞击上极板，撞击上极板时的动能为Ek+
C．闭合开关，将上极板下移，带电油滴将撞击下极板，撞击下极板时的动能为Ek+
D．闭合开关，将上极板下移，带电油滴将撞击上极板，撞击上极板时的动能为Ek+
11．图甲所示，A、B是一条电场线上的两点，若在A点释放一初速度为零的电子，电子仅受电场力作用，并沿电场线从A运动到B，其速度随时间变化的规律如图乙所示．设A、B两点的电场强度分别为EA、EB，电势分别为φA、φB，则(　　)
A．φA＝φB
B．φA＞φB
C．EA＝EB
D．EA＜EB
12．在竖直向下的匀强电场中有一个带电微粒处于静止状态，如果突然把电场改为水平方向，而场强的大小保持不变，关于粒子状态下列说法正确的是（ ）
A．保持静止状态
B．开始作类平抛运动
C．开始做自由落体运动
D．作初速度为零，加速度为的匀加速直线运动
13．如图所示,在竖直平面内固定一个半径为R的绝缘圆环,有两个可 视为点电荷的相同的带负电的小球A和B套在圆环上,其中小球A可沿圆环无摩擦的滑动,小球B固定在圆环上和圆心O的连线与水平方向的夹角为45°．现将小球A从水平位置的左端由静止释放,则下列说法中正确的是
A．小球A从释放到运动到圆环最低点Q的过程中电势能始终保持不变
B．小球A可以恰好运动到圆环的水平直径右端P点
C．小球A运动到圆环最低点Q的过程中,速率先增大后减小
D．小球到达圆环最低点Q时的速度大小为
14．某个质量为m、带电量为﹣q（q＞0）的小球仅在重力作用下从静止开始沿竖直向下方向做匀加速直线运动，一段时间后在小球运动的空间中施加竖直方向的匀强电场，小球又经过相等的时间恰好回到出发点，则（ ）
A．电场强度方向竖直向下，大小为 B．电场强度方向竖直向下，大小为
C．电场强度方向竖直向上，大小为 D．电场强度方向竖直向上，大小为
15．如图所示，在匀强电场中，一质量为m、带电量为q的小球从O点由静止开始自由释放，其运动轨迹为一直线，直线与竖直方向的夹角为θ，下列说法正确的是
A．小球的电势能一定减小 B．小球一定做匀加速直线运动
C．小球所受电场力一定做正功 D．小球所受电场力一定为
二、填空题（共4题）
16．分析带电粒子的加速问题有两种思路：利用______定律结合匀变速直线运动公式分析，适用于电场是______且涉及______等描述运动过程的物理量，公式有qE＝______，v＝v0＋______等。
17．如图所示，从炽热的金属丝漂出的电子 (初速度视为零），经加速电场加速后，从两级中间垂直进入偏转场，电子的重力忽略不计，在满足电子能从偏转电场射出的条件下，为使电子的偏转角变大，偏转电极的电压 _______(选填“增大”“减小”)，射出偏转电场的电子速度大小_______ (选“增大”“减小”)
18．如图，实线表示某电场的电场线（方向未标出），虚线是一电子只在电场力作用下的运动轨迹，则电子在M和N时加速度大小aM___________aN，速度大小vM___________vN（选填“>”“<”“=”）。
19．美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，在进行了几百次的测量以后，他发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷，这个实验被称为密立根油滴实验。如图，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止。
（1）若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有__________；
A．油滴质量m B．两板间的电压U
C．两板间的距离dD．两板的长度L
（2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=__________。（已知重力加速度为g）
三、综合题（共4题）
20．1932 年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题．现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中．某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图乙为俯视图．回旋加速器的核心部分为两个 D 形盒，分别为 D1、D2．D 形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与 D 形盒底面垂直．两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．D 形盒的半径为 R，磁场的磁感应强度为 B．设质子从粒子源 A 处进入加速电场的初速度不计．质子质量为 m、电荷量为+q．加速器接入一定频率的高频交变电源，加速电压为 U．加速过程中不考虑相对论效应和重力作用．求：
（1）质子第一次经过狭缝被加速后进入 D2 盒时的速度大小 v1 和进入 D2 盒后运动的轨道半径 r1；
（2）质子被加速后获得的最大动能 Ek 和交变电压的频率 f；
（3）若两 D 形盒狭缝之间距离为 d，且 d<21．如图所示，在绝缘水平面上的两物块A、B用劲度系数为k的水平绝缘轻质弹簧连接，物块B、C用跨过轻质定滑轮的绝缘轻绳连接，A靠在竖直墙边，C在倾角为θ的长斜面上，滑轮两侧的轻绳分别与水平面和斜面平行.A、B、C的质量分别是m、2m、2m，A、C均不带电，B带正电，滑轮左侧存在着水平向左的匀强电场，整个系统不计一切摩擦，B与滑轮足够远.B所受的电场力大小为6mgsin θ，开始时系统静止.现让C在沿斜面向下的拉力F作用下做加速度大小为a的匀加速直线运动，弹簧始终未超过弹性限度，重力加速度大小为g.
(1)求弹簧的压缩长度x1；
(2)求A刚要离开墙壁时C的速度大小v1及拉力F的大小；
(3)若A刚要离开墙壁时，撤去拉力F，同时电场力大小突然减为2mgsin θ，方向不变，求在之后的运动过程中弹簧的最大弹性势能Epm.
22．如图所示，半径相同的两带电小球A、B固定放置在绝缘光滑的水平面上（水平面足够大），A球的质量为2m，带电量为+Q；B球的质量为m，带电量为+q．两球间距为L（L远大于两球半径）．A、B位于彼此产生的电场内，电荷在电场中具有电势能，该能量是系统（两带电体）所共有的．固定A球，释放B球，B球在库仑力的作用下向右加速运动，从释放到运动到足够远（此时两球间的作用力可视为零），根据数学积分可以算出这段过程中库仑力对B球做的功，k为静电力常数．
（1）求释放瞬间B球的加速度a的大小，并分析加速度a在运动过程中的变化趋势；
（2）求A球产生的电场在距离L处的电势（规定无穷远处电势为零）；
（3）若同时释放两球，求运动到足够远处时B球的速度大小．
23．示波管的内部结构如图所示．如果在偏转电极XX/、YY/之间都没有加电压，电子束将打在荧光屏中心．如果在偏转电极XX/之间和YY/之间分别加上如图所示的电压，请画出荧光屏上出现的完整扫描波形图．
参考答案
1．D
2．B
3．B
4．C
5．C
6．B
7．C
8．D
9．D
10．D
11．C
12．D
13．D
14．A
15．B
16．牛顿第二 匀强电场 运动时间 ma at
17．增大 增大
18．< >
19．ABC
20．(1) ， (2) ， (3) ， ；
21．（1）（2）（3）
22．(1） 距离变大，所以a减小．（2） （3）
23．