10.5带电粒子在电场中的运动（word版含答案）

10.5 带电粒子在电场中的运动
一、单选题
1．如图所示，一个平行板电容器两板间距离为d，其电容为C，所带电荷量为Q，上极板带正电，现将一个带电荷量为+q的试探电荷由两极板间的A点移动到B点，A、B两点间的距离为l，连线AB与极板间的夹角为30°，则静电力对试探电荷所做的功等于（　　）
A． B． C． D．
2．如图所示，xOy坐标系内存在平行于坐标平面的匀强电场。一个质量为m，电荷量为的带电粒子，以的速度沿AB方向入射，粒子恰好以最小的速度垂直于y轴击中C点。已知A、B、C三个点的坐标分别为、、。若不计粒子重力与空气阻力，则下列说法中正确的是（　　）
A．粒子从A到C的运动轨迹是一段圆弧
B．匀强电场的场强大小为
C．带电粒子由A到C过程中最小速度一定为
D．带电粒子由A到C过程中电势能先减小后增大
3．如图，竖直放置的圆环处于水平向左的匀强电场中，A，B、C、D为圆环上的四个点，AD竖直，AB与AD间夹角，AC为圆环直径，沿AB、AC、AD分别固定光滑细杆。现让质量均为m、带电量均为 + q的带孔小球分别套在细杆AB、AC、AD上（图中未画出），均从A点由静止开始下滑，设小球分别经时间tB、tC、tD到达B、C、D三点。已知匀强电场场强大小，重力加速度为g，关于三个小球的运动时间tB、tC、tD，下列说法正确的是（ ）
A．tB = tC = tD B．tB > tC > tD C．tB < tC < tD D．tD < tB < tC
4．如图，一平行板电容器竖直放置，两极板间距为d，极板间的电场强度为E，左极板上有一小孔O。一个电子从小孔O射入平行板电容器，速度方向在纸面内与左极板成60°角，电子向右运动的最远距离为，现将电容器左极板固定，右极板向右水平移动d，电子以相同的速率由O点垂直极板射入平行板电容器。下列说法正确的是（　　）
A．极板间距增大一倍后两极板间的电场强度为E
B．极板间距增大一倍后两极板间的电场强度为
C．电子向右运动到达的最远处距左极板的距离为
D．电子向右运动到达的最远处距左极板的距离为
5．如图甲所示，在两距离足够大的平行金属板中央有一个静止的质子（不计重力），时刻，板电势高于板电势，当两板间加上如图乙所示的交变电压后，下列图象中能正确反映质子速度、位移、加速度和动能四个物理量随时间变化规律的是（　　）
A． B．
C． D．
6．如图，固定在竖直面内、半径为R的光滑绝缘半圆形轨道，圆心为O，为水平直径，处在水平向右的匀强电场中，电场线与轨道平面平行。一个质量为m、电荷量为q、可视为质点的带电小球从轨道上的A点由静止释放，小球始终沿圆弧轨道运动。下列说法正确的是（　　）
A．小球从A运动到B的过程中，小球的机械能可能增加
B．小球一定会运动到C点
C．小球运动速度最大的位置一定在段圆弧上的某一点
D．小球一定带正电
7．如图所示，一个质量为m、带电量为+q的粒子在匀强电场中运动，依次通过等腰直角三角形的三个顶点A、C、B，粒子在A、B两点的速率均为v0，在C点的速率为。已知AC=d，匀强电场在ABC平面内，粒子仅受电场力作用。则（　　）
A．场强方向垂直于AB背离C，场强大小为
B．场强方向垂直于AB指向C，场强大小为
C．场强方向垂直于AB指向C，场强大小为
D．场强方向垂直于AB背离C，场强大小为
8．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
9．如图所示，一质量为m、电荷量为q的小球在电场强度为E、区域足够大的匀强电场中，以初速度v0沿ON在竖直面内做匀变速直线运动。ON与水平面的夹角为30°，且mg=qE，则（　　）
A．电场方向竖直向上
B．小球运动的加速度大小为
C．小球上升的最大高度为
D．小球返回原位置所用时间为
10．如图甲，在某电场中的O点先后无初速度释放两个正点电荷I和II，电荷仅在电场力的作用下沿直线向A运动，两电荷的动能E1随位移x变化的关系如图乙。若I的电荷量为q，则可知（　　）
A．电荷II的电荷量为
B．电荷II受到的电场力大小为
C．此电场一定为匀强电场且场强大小
D．选O点为电势零点，A点的电势为
11．如图所示，虚线圆位于竖直面内，AC和BD为相互垂直的两条直径，其中BD位于水平方向。竖直平面内有足够大的匀强电场，场强大小为，方向与圆周平面平行。在圆周平面内将质量为m、带电量为的小球（可视为质点）从A点以相同的速率向各个方向抛出，小球会经过圆周上不同的点，其中到达B点时小球的动能最大。已知重力加速度为g，则下列说法中正确的是（　　）
A．电场的方向由D指向B B．小球运动过程中的加速度大小等于g
C．B点为圆周上的电势最低点 D．经过C点时小球的速度与初速度大小相等
12．如图所示是一匀强电场的电场线，一个电子只在电场力作用下从a点运动到b点，它的轨迹如图中虚线所示，下列说法正确的是（　　）
A．场强方向水平向右 B．电场力一定做正功
C．电子在a点的速率一定大于在b点的速率 D．电子所受电场力方向可能沿轨迹的切线方向
二、填空题
13．粒子加速器可使质子加速到能量达．已知质子质量为，则加速器中电场对质子的加速电压累计达________V；加速后质子的速度可达到________m/s．
14．如图所示，水平方向的匀强电场场强为E，有一带电物体P自O点竖直向上射入，它的初动能Eko=4J，当P上升至最高点M时，其动能Ekm=5J，那么当它折回通过与O在同一水平线上的O′时，其动能Eko'=______J
15．如图所示，一质量为m的带电液滴在水平向左的匀强电场中从静止开始由b点沿直线运动到d点，距离为，且bd与竖直方向的夹角为45°，则此液滴带___________（选填“正电”、“负电”、“不带电”），运动到d点的速度大小为___________。（已知重力加速度为g，结果用已知物理量表示）
16．如图所示，质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两水平平行板间的匀强电场中，P从两极板正中央射入，Q从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点（重力不计），则从开始射入到打到上板的过程中它们所带的电荷量之比qP∶qQ=___________；它们的动能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ=___________。
三、解答题
17．如图所示为示波管的结构原理图，加热的阴极K发出的电子（初速度可忽略不计）经电势差为的AB两金属板间的加速电场加速后，沿中心轴线射入金属板间，两金属板间偏转电场的电势差为U，电子经偏转电场偏转后打在右侧竖直的荧光屏M上。整个装置处在真空中，加速电场与偏转电场均视为匀强电场。已知电子的质量为m，电荷量为e；偏转电场的金属板长为，板间距离为d，其右端到荧光屏M的水平距离为。电子所受重力可忽略不计，求：
（1）电子从加速电场射入偏转电场时的速度大小；
（2）电子打在荧光屏上的位置与O点的竖直距离y；
（3）在偏转电场中，若单位电压引起的偏转距离称为示波管的灵敏度，该值越大表示示波管的灵敏度越高。在示波管结构确定的情况下，为了提高示波管的灵敏度，请分析说明可采取的措施。
18．如图所示，半径为的光滑绝缘圆环竖直固定，质量为、带电量为的小球套在圆环上，圆环所在区域内有与环面平行的匀强电场。当小球从点（点与圆心等高）由静止释放，到达最低点时速度为零，重力加速度为。
（1）求、两点间的电势差；
（2）电场沿什么方向时，电场强度最小，求此时电场方向和电场强度大小；
（3）在电场强度最小的情况下，小球经过哪一点时速度最大，求最大速度。
19．如图所示，带正电小球质量kg，带电量C，置于光滑绝缘水平面上的A点。空间有斜向上的匀强电场，将小球由静止释放，小球沿水平面做匀加速直线运动，且小球对地面的压力恰好为零，小球到达B点时的速度vB=1.5m/s，A点与B点的距离为s=0.15m。求：
（1）小球所受合力的大小；
（2）小球所受电场力的大小；
（3）电场场强的大小。
20．如图所示，绝缘光滑圆轨道竖直固定放在水平向右的匀强电场（图中未画出）中，一个质量为m、电荷量为＋q的小球位于轨道内侧的B点时恰好静止。已知O、B的连线与竖直方向的夹角为45°。若把小球放在竖直圆轨道的最低点C处，当给小球一个水平方向的初速度，小球恰能在竖直平面内做完整的圆周运动。小球可视为质点，已知圆轨道的半径为R，重力加速度大小为g。求：
（1）匀强电场的电场强度大小E；
（2）小球做圆周运动通过竖直圆轨道最高点A点时的动能。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
2．B
3．C
4．A
5．C
6．C
7．D
8．C
9．C
10．C
11．D
12．B
13．
14．24J
15． 负电
16． 1:2 1:4
17．（1）；（2）；（3）见解析
18．（1）；（2）由指向，；（3）弧中点，
19．（1）7.5×10-2N/C；（2）0.125N；（3）1.25×105N/C
20．（1）；（2）
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