1.9带电粒子在电场中的运动 课时提升过关练（word版含答案）

1.9带电粒子在电场中的运动 课时提升过关练（含解析）
一、选择题
1．如图所示，实线为三条电场线，从电场中点以相同速度飞入的、两个带电粒子，运动轨迹如图中虚线所示，则（　　）
A．一定带正电，一定带负电
B．的速度将减小，的速度将增大
C．的加速度将减小，的加速度将增大
D．的电势能将增大，的电势能将减小
2．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种该称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是（　　）
A． B． C． D．
3．竖直平面内有水平放置的两金属板AB、CD，相距为d，两极板加上恒定电压U，如图所示。质量为m，电荷量为+q的粒子，从AC中点O处以初动能进入电场，初速度与水平方向夹角为=30°，粒子沿着OMB的轨迹恰好运动到下极板右边缘的B点，M为运动轨迹的最高点，MN与极板垂直。不计粒子重力，则关于粒子的说法正确的是（　　）
A．粒子运动到B点时的动能
B．运动轨迹最高点到下极板的距离
C．水平方向运动的位移之比为AN:NB=
D．若将上极板上移极小一段距离，则粒子将打在B点左侧
4．据报道，国产的芯片已经实现量产，芯片制造中需要用到溅射镀膜技术，如图是某种溅射镀膜的简易原理图，注入溅射室内的氩气分子被电离成具有一定初速度向各个方向的带正电氩离子，然后在匀强电场作用下高速撞向镀膜靶材，使靶材中的原子或分子沉积在半导体芯片上。忽略离子重力和离子间作用力，以下说法正确的是（　　）
A．电极带正电
B．每个氩离子都是沿电场线运动到靶材上的
C．每个氩离子的加速度都相同
D．每个氩离子的电势能一直变小
5．静电喷涂被广泛用于各种表面处理技术中，相比传统的喷涂技术，其具备生产效率高，劳动条件好，易于实现半自动化或自动化，适于大规模流水线作业，其原理如图所示。涂料雾化装置为负电极，接电源负高压，被涂物为正电极，通常接地。下列说法正确的是（　　）
A．图中喷枪与被涂物之间的实线代表电场线
B．涂料颗粒在电场中运动时加速度恒定
C．涂料颗粒在电场中运动时电势能逐渐增大
D．被涂物上的尖端处，涂料附着较多
6．如图所示，在水平向右的匀强电场中，质量为m的带电小球，以初速度v从M点竖直向上运动，通过N点时，速度大小为2v，方向与电场方向相反，则小球从M运动到N的过程中，动量大小的最小值为（　　）
A． B． C． D．
7．如图所示，真空室中电极K发出电子（初速度不计），经过电压为的加速电场加速后，垂直射入电压为的偏转电场．不计电子重力，在满足电子能射出偏转电场的条件下，一定能使电子的偏转角变小的是（　　）
A．变小，变大 B．变大，变小
C．变大，变大 D．变小，变小
8．如图所示，在场强大小为E，方向竖直向上的匀强电场中，将质量为m、电荷量为q的粒子以速度v0从A、B连线上的C点水平向左抛出。已知AB与水平方向的夹角为，粒子的重力可以忽略不计，当粒子落至A、B连线上的D点（图中未画出）时，下列说法中正确的是（　　）
A．粒子从C点出发后经落到D点
B．粒子在D点处的速度大小为
C．粒子在D点处的电势能大于粒子在C点处的电势能
D．粒子在C、D两点间的距离为
9．在电场强度为E的匀强电场中，一质量为m带电量为+q的带电粒子，仅在电场力作用下运动，若某时刻正以速度v0经过A点，再经过一段时间速度减到最小值为0.5v0的B点，下面关于带电粒子从A运动到B的说法正确的是（　　）
A．经历的时间为 B．经历的时间为
C．发生的位移为 D．发生的位移为
10．带电粒子仅在电场力作用下，从电场中a点以初速度v0进入电场并沿虚线所示的轨迹运动到b点，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．粒子带负电荷
B．从a到b过程中，粒子的速度先增大后减小
C．从a到b过程中，粒子加速度一直增大
D．从a到b过程中，粒子的电势能先增大后减小
11．如图所示，固定光滑直杆上套有一个质量为m，带电量为+q的小球和两根原长均为l的轻弹簧，两根轻弹簧的一端与小球相连，另一端分别固定在杆上相距为2l的A、B两点，空间存在方向竖直向下的匀强电场。已知直杆与水平面的夹角为θ，两弹簧的劲度系数均为，小球在距B点的P点处于静止状态， Q点距A点，重力加速度为g，下列选项正确的是（　　）
A．匀强电场的电场强度大小为
B．若小球从P点以初速度沿杆向上运动，恰能到达Q点
C．从固定点B处剪断弹簧的瞬间小球加速度大小为，方向向上
D．小球从Q点由静止下滑过程中动能最大为
12．示波器可用来观察电信号随时间变化的情况，其核心部件是示波管。示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空，结构如图甲所示。图乙是从右向左看到的荧光屏的平面图。在偏转电极、上都不加电压时，从电子枪发出的电子束沿直线运动，打在荧光屏中心，在O点产生一个亮斑。若同时在两个偏转电极上分别加和两个交流电信号，则在荧光屏上会观察到（　　）
A． B． C． D．
13．如图，静电喷涂时，被喷工件接正极，喷枪口接负极，它们之间形成高压电场．涂料微粒从喷枪口喷出后，只在静电力作用下向工件运动，最后吸附在工件表面，图中虚线为涂料微粒的运动轨迹．下列说法正确的是（　　）
A．喷射出的涂料微粒带负电
B．图中虚线可视为高压电场的部分电场线
C．喷射出的涂料微粒做加速度减小的曲线运动
D．喷射出的微粒在向工件运动过程中电势能不断转化为动能
14．如图所示，一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连，极板水平放置，下极板接地，极板间距为d，在上极板紧贴一厚度为l的金属板，其下部空间有一带电质点P静止在电容器中。当把金属板从电容器中快速抽出后，质点P开始运动，空气阻力不计，已知重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）
A．抽出金属板后电容器所带电量增加
B．抽出金属板瞬间带电质点P的电势能增加
C．抽出金属板后带电质点P的加速度大小为
D．抽出金属板后带电质点P的加速度大小为
15．在匀强电场中，一电子从原点O由静止释放，仅在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位置x变化的关系如图所示，则（　　）
A．电场强度方向沿x轴正方向
B．电场强度大小为2.5N/C
C．x=5m处的电势为0
D．电子从原点O运动到x=4m处的过程中，动能增加了8eV
二、解答题
16．如图甲所示，粗糙绝缘水平面上方存在方向水平向右的匀强电场，一带电小物块以一定的初速度从O点开始向右运动。在小物块向右运动过程中，小物块的电势能与动能之和E总、电势能Ep随它离开O点的距离x变化的关系如图乙所示，不计空气阻力。求：
（1）小物块受到的电场力大小；
（2）小物块返回O点时的动能。
17．如图所示，在真空中有两个电容器、，其中电容器C1的极板间电压为U1，电容器C2的极板间电压为U2，极板长为l，极板间距为d，质量为m电量为q的粒子，从a孔飘入（初速度可视为0）电容器，经过加速和偏转后离开，不计粒子重力（本题中粒子未碰到电容器的边缘）。求以下物理量的大小：
（1）带电粒子进入偏转电场的初速度。
（2）带电粒子在偏转电场中的加速度。
（3）带电粒子离开偏转电场时在竖直方向上的偏移量y。
参考答案
1．C
【详解】
A．物体做曲线运动，所受力的方向指向轨迹的凹侧，所以能判断a、b一定带异种电荷，但是不清楚电场的方向，所以不能判定哪一个是正电荷，哪一个是负电荷，故A错误；
C．电场线密的地方电场的强度大，电场线疏的地方电场的强度小，所以a受力减小，加速度减小，b受力增大，加速度增大，故C正确；
BD．物体做曲线运动，所受力的方向指向轨迹的凹侧，从图中轨迹变化来看电场力对a先做负功后做正功，则动能先减小后增大，速度也是先减小后增大，电势能先增大后减小；电场力对B做正功，动能增大，速度增大，电势能都减小，故BD错误。
故选C。
2．D
【详解】
质子在加速电场中加速
根据电流的微观表达式
联立解得
故ABC错误，D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．对粒子从O到B的过程，根据动能定理有
解得
故A错误；
B．设粒子初速度在水平方向的分量为vx，根据抛体运动规律可知粒子运动到M点时的动能为
设M、B两点间的电势差为UMN，则对粒子从M到B的过程，根据动能定理有
根据匀强电场中电势差与电场强度的关系可得
解得
故B正确；
C．设粒子做抛体运动的加速度大小为a，则粒子从O到M的运动时间为
粒子从M到B的运动时间为
水平方向运动的位移之比为
故C错误；
D．若将上极板上移极小一段距离，则两极板间电场强度减小，粒子做抛体运动的加速度减小，而粒子在水平方向的分速度不变，所以做抛体运动的时间不变，根据
可知粒子将从B点上方离开电场，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．氩气分子被电离而带正电，在匀强电场作用下高速撞向镀膜靶材，电极带负电，A错误；
B．因氩离子的初速度方向向各个方向，在与电场线在同一直线上时，沿电场线运动到靶上，不与电场线在同一直线上的，不一定沿电场线到靶材上的，所以不都是沿电场线运动到靶上的，B错误；
C．每个氩离子的带电量相同，受到的电场力相同，质量相同，所以加速度都相同，C正确；
D．因氩离子的初速度方向向各个方向，电场力对有的氩离子一直做正功，电势能一直减小，有的对氩离子先做负功后做正功，所以有的氩离子电势能先增大后减小，D错误。
故选C。
5．D
【详解】
A．图中喷枪与被涂物之间的实线不代表电场线，因为电场线从正电荷出发到负电荷，A错误；
B．该电场不是匀强电场，颗粒运动过程中所受的电场力不是恒力，涂料颗粒在电场中运动时加速度不恒定，B错误；
C．涂料颗粒在电场中运动中，电场力做正功，电势能减小，C错误；
D．被涂物上的尖端处，电荷密度大，该处电场强度大，颗粒所受电场力大，涂料附着较多，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
带电小球在电场中做类平抛运动，竖直方向受重力做匀减速运动，水平方向受电场力做匀加速运动，由运动学公式有
联立得
合成电场力和重力，设等效重力与竖直方向的夹角为，如图所示
故有
则有
当小球做类斜上抛运动到等效最高点时，速度最小，动量大小最小，有
故选B。
7．B
【详解】
在加速电场中，根据动能定理
在偏转电场中，做类平抛运动
整理得
故一定能使电子的偏转角变小的是变大，变小。
故选B。
8．D
【详解】
A．粒子在竖直方向的加速度大小为
根据类平抛运动规律可得
联立解得
故A错误；
B．粒子在D点处的竖直分速度大小为
速度大小为
联立解得
故B错误；
C．粒子从C点到D点的过程中电场力做正功，电势能减小，所以粒子在D点处的电势能小于粒子在C点处的电势能，故C错误；
D．粒子在C、D两点间的距离为
联立解得
故D正确。
故选D。
9．D
【详解】
质点做减速运动的最小速度不为零，说明质点不是做直线运动，而是做匀变速曲线运动。
经分析可知初速度方向与电场力方向的夹角为α＝150°，在电场力方向上有
在垂直电场力方向上有
质点的位移
联立解得：
故ABC错误，D正确。
故选D。
10．D
【详解】
A．根据题意，由题图可知粒子所受电场力与电场方向相同，则粒子带正电，故A错误；
BD．从a到b过程中，由图可知，电场力先做负功，再做正功，粒子的电势能先增大后减小，动能先减小后增大，则速度先减小后增大，故B错误D正确；
C．根据电场线的疏密程度可知，电场强度先变小后变大，故C错误。
故选D。
11．D
【详解】
A．对小球进行受力分析可知
解得
故A错误；
B．从P到Q，弹簧的弹性势能没有发生变化，只有重力和电场力做功，根据动能定理
可得
故B错误；
C．由于下面的弹簧处于压缩状态，弹力沿着杆向上，若从固定点B处剪断弹簧的瞬间，下面弹簧的弹力消失，小球的加速度沿着杆向下
解得
故C错误；
D．下滑到P点时沿杆方向合力为零，则速度最大，根据动能定理
故D正确。
故选D。
12．C
【详解】
若同时在两个偏转电极上分别加和两个交流电信号，所以在XX’方向上的偏转位移在正负最大值之间按正弦规律变化，YY’方向上的偏转位移在正负最大值之间按余弦规律变化，在XX’方向有最大值时，YY’方向为零，同理，在YY’方向有最大值时， XX’方向为零，根据正余弦的定义可知，任意时刻，电子打在荧光屏上的位置坐标都是
即
所以电子在荧光屏上的落点组成了以O为圆心的圆，故C正确，ABD错误。
故选C。
13．AD
【详解】
A．由图知，工件带正电，涂料微粒在静电力作用下向工件靠近，说明涂料微粒受吸引力作用，所以带负电，故A正确；
B．虚线为涂料微粒的运动轨迹，由于涂料微粒有初速度，初速度和电场力不一定方向相同，故涂料微粒的运动轨迹不一定沿电场线方向运动，故B错误；
C．参照异种点电荷连线上电场强度的分布，可知涂料微粒所受电场力先减小后增大，微粒做加速度先减小后增大的曲线运动，故C错误；
D．涂料微粒所受的电场力方向向左，其位移方向大致向左，则电场力对涂料微粒做正功，其动能增大，电势能减小，电势能不断转化为动能，故D正确。
故选AD。
14．BC
【详解】
A．平行板电容器电容的决定式和定义式为
抽出金属板后x增大，C减小，而U不变，所以Q减小，故A错误；
B．两金属板间电场强度大小为
抽出金属板瞬间，x增大，U不变，所以E减小，因为质点P所在位置到下极板的距离不变，且下极板的电势为零，所以质点P所在位置的电势降低，易知质点P带负电，所以其电势能增加，故B正确；
CD．设质点P的质量为m，抽出金属板前，根据平衡条件有
抽出金属板后设带电质点P的加速度大小为a，根据牛顿第二定律有
联立可得
故C正确，D错误。
故选BC。
15．CD
【详解】
A．根据电场力做功与电势能的变化关系可知，带负电粒子仅在电场力作用下沿x轴正方向运动，电势能减小，则电场力做正功，因此电场强度方向沿 x轴负方向，故A错误；
B．由题目图可知，电势能的变化率不变，所以负电荷受到的电场力不变，则知该电场为匀强电场，根据公式
可知，电场强度
故B错误；
C．由图可知可知，处的电势能为零，根据公式
可知，处的电势
故C正确；
D．电子从原点O运动到处的过程中，只有电场力做功，电势能降低了8eV，那么动能增加了8eV，故D正确。
故选CD。
16．（1）10N；（2）60J
【详解】
（1）在小物块向右运动过程中，克服电场力做功等于电势能的增加量即
解得
（2）由图乙可知，物块的初动能为，当小物块运动到 处时，小物块的动能为0，设滑动摩擦力为f，则此过程中由动能定理，有
得
物块从O点运动 处再返回O点的过程，由动能定理，有
解得
17．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）带电粒子在加速电场中直线加速，由动能定理有
解得带电粒子进入偏转电场的初速度为
（2）带电粒子在偏转电场中做类平抛运动，有
解得带电粒子在偏转电场中的加速度为
（3）由类平抛的分运动规律有
联立解得