高中物理粤教版选修3-1 作业1.6　示波器的奥秘 Word版含解析

示波器的奥秘

一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．(多选)如图所示，一带电小球以速度v0水平射入接入电路中的平行板电容器中，并沿直线打在屏上O点，若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后，让带电小球再次从原位置水平射入并能打在屏上，其他条件不变，两次相比较，则再次射入的带电小球(　　)
A．将打在O点的下方
B．将打在O点的上方
C．穿过平行板电容器的时间将增加
D．到达屏上时的动能将增加
AD　[由题意可知，要考虑小球的重力，第一种情况重力与电场力平衡；U不变，若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后，极板间的距离d变大，场强变小，电场力变小，重力与电场力的合力向下，带电小球将打在O点的下方．由于水平方向运动性质不变，故时间不变；而由于第二种情况合力做正功，故小球的动能将增加．]
2．平行板间有如图所示周期变化的电压．不计重力的带电粒子静止在平行板中央，从t＝0时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况．如图中，能正确定性描述粒子运动的速度图象的是(　　)
A　[粒子在第一个内，做匀加速直线运动，时刻速度最大，在第二个内，电场反向，粒子做匀减速直线运动，到T时刻速度为零，以后粒子的运动要重复这个过程．]
3.如图所示，在点电荷＋Q激发的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为(　　)
A．1∶2 B．2∶1　　　C.∶1　　　D．1∶
C　[质子和α粒子都带正电，从A点释放将受静电力作用加速运动到B点，设A、B两点间的电势差为U，由动能定理可知，对质子：mHv＝qHU，
对α粒子：mαv＝qαU.
所以＝＝＝∶1.]
4．如图所示，一价氢离子(H＋)和二价氦离子(He2＋)的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们(　　)
A．同时到达屏上同一点 B．先后到达屏上同一点
C．同时到达屏上不同点 D．先后到达屏上不同点
B　[一价氢离子(H＋)和二价氦离子(He2＋)的比荷不同，由qU＝mv2可知经过加速电场获得的末速度不同，因此在加速电场及偏转电场中的运动时间均不同，但在偏转电场中偏转距离y＝at2＝相同，所以会打在同一点，B正确．]
5．如图所示的示波管，当两偏转电极XX′、YY′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标系的O点，其中x轴与XX′电场的场强方向重合，x轴正方向垂直于纸面向里，y轴与YY′电场的场强方向重合，y轴正方向竖直向上)．若要电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限，则(　　)
A．X、Y极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极
B．X、Y′极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极
C．X′、Y极接电源的正极，X、Y′接电源的负极
D．X′、Y′极接电源的正极，X、Y接电源的负极
D　[若要使电子打在题图所示坐标系的第Ⅲ象限，电子在x轴上向负方向偏转，则应使X′接正极，X接负极；电子在y轴上也向负方向偏转，则应使Y′接正极，Y接负极，所以选项D正确．]
6．喷墨打印机的简化模型如图所示．重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上．则微滴在极板间电场中(　　)
A．向负极板偏转 B．电势能逐渐增大
C．运动轨迹是抛物线 D．运动轨迹与带电量无关
C　[由于微滴带负电，其所受电场力指向正极板，故微滴在电场中向正极板偏转，A项错误．微滴在电场中所受电场力做正功，电势能减小，B项错误．由于极板间电场是匀强电场，电场力不变，故微滴在电场中做匀变速曲线运动，并且轨迹为抛物线，C项正确．带电量影响电场力及加速度大小，运动轨迹与加速度大小有关，故D项错误．]
二、非选择题(14分)
7.如图所示，有一电子(电荷量为e)经电压U0由静止加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间．若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：
(1)金属板AB的长度；
(2)电子穿出电场时的动能．
[解析]　(1)设电子飞离加速电场时的速度为v0，由动能定理得eU0＝mv ①
设金属板AB的长度为L，电子偏转时间t＝ ②
电子在偏转电场中产生偏转加速度a＝ ③
电子在电场中偏转y＝d＝at2 ④
由①②③④得：L＝d.
(2)设电子穿出电场时的动能为Ek，根据动能定理
Ek＝eU0＋e＝e.
[答案]　(1)d　(2)e
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1.在空间有正方向水平向右、大小按如图所示的图线变化的电场，位于电场中A点的电子在t＝0时速度为零，在t＝1 s时，电子离开A点的距离大小为l.那么在t＝2 s时，电子将处在(　　)
A．A点 B．A点左方l处
C．A点右方2l处 D．A点左方2l处
D　[粒子在第1 s内做初速度为零的匀加速运动，第2 s内做末速度为零的匀减速运动，加速度大小相等，由于电子带负电，故向左方运动，距离A点为2l，故选D.]
2．真空中的某装置如图所示，现有质子、氘核和α粒子都从O点由静止释放，经过相同加速电场和偏转电场，射出后都打在同一个与OO′垂直的荧光屏上，使荧光屏上出现亮点(已知质子、氘核和α粒子质量之比为1∶2∶4，电量之比为1∶1∶2，重力不计)．下列说法中正确的是(　　)
A．三种粒子在偏转电场中运动时间之比为2∶1∶1
B．三种粒子射出偏转电场时的速度相同
C．在荧光屏上将只出现1个亮点
D．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶2
C　[由U1q＝mv，得v1∶v2∶v3＝∶1∶1，再由t＝可得t1∶t2∶t3＝1∶∶，A错误；由y＝＝可知，三种粒子从偏转电场同一点射出，且速度方向相同，故一定打在屏上的同一点，C正确；由mv2＝U1q＋qy可得v＝，因不同，故三种粒子射出偏转电场的速度不相同，B错误；由偏转电场对三种粒子做的功为W电＝qy可知，W电1∶W电2∶W电3＝1∶1∶2，D错误．]
3.如图所示，在竖直放置间距为d的平行板电容器中，存在电场强度为E的匀强电场，有一质量为m，电荷量为＋q的点电荷从两极板正中间处静止释放，重力加速度为g，则点电荷运动到负极板的过程(　　)
A．加速度大小为a＝＋g
B．所需的时间为t＝
C．下降的高度为y＝
D．电场力所做的功为W＝Eqd
B　[点电荷受到重力、电场力，合力F＝；根据牛顿第二定律有a＝，故A错误；根据运动独立性，水平方向点电荷的运动时间为t，水平方向上的加速度a＝，根据位移公式可得＝· t2，化简得t＝，故B正确；竖直方向做自由落体运动，下降高度h＝gt2＝，故C错误；电荷运动位移为，故电场力做功W＝，故D错误．]
4．如图所示，矩形区域PQNM内存在平行于纸面的匀强电场，一质量为m＝2.0×10－11 kg、电荷量为q＝1.0×10－5 C的带正电粒子(重力不计)从a点以v1＝1×104 m/s的初速度垂直于PQ进入电场，最终从MN边界的b点以与水平边界MN成30°角斜向右上方的方向射出，射出电场时的速度v2＝2×104 m/s，已知MP＝20 cm、MN＝80 cm，取a点电势为零，如果以a点为坐标原点O，沿PQ方向建立x轴，则粒子从a点运动到b点的过程中，电场的电场强度E、电势φ、粒子的速度v、电势能Ep随x的变化图象正确的是(　　)
D　[匀强电场中场强处处相同，则知E-x图象是平行于x轴的直线，故A错误．φ -x的斜率等于场强E，粒子从a点运动到b点的过程中，电势降低，则知φ -x图象是向下倾斜的直线，故B错误．根据动能定理得qEx＝mv2－mv，得v＝，可知v -x图象是曲线，故C错误．取a点电势为零，粒子从a点运动到b点的过程中，动能的增加量为ΔEk＝mv－mv，解得ΔEk＝3×10－3 J，电势能减少量为ΔEp＝ΔEk＝3×10－3 J，所以粒子到达b点时的电势能为－3×10－3 J．竖直方向有MP＝v1t，水平方向有x＝t，联立解得x＝17.32 cm.根据电场力做功多少电势能减少多少，可得，Ep＝－qEx，因此，Ep-x图象是位于第四象限过原点的向下倾斜的直线，故D正确．]
二、非选择题(26分)
5.(12分)如图所示，A、B为两块足够大的相距为d的平行金属板，接在电压为U的电源上．在A板的中央P点放置一个电子发射源．可以向各个方向释放电子．设电子的质量为m、电荷量为e，射出的初速度为v.求电子打在板上的区域面积．(不计电子的重力)
[解析]　打在最边缘的电子，其初速度方向平行于金属板，在电场中做类平抛运动，在垂直于电场方向做匀速运动，即r＝vt
在平行电场方向做初速度为零的匀加速运动，即d＝at2
电子在平行电场方向上的加速度a＝＝
电子打在B板上的区域面积S＝πr2
由以上几式得S＝.
[答案]　
6．(14分)如图所示为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计)，经灯丝与A板间的电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过偏转电场后打在荧光屏上的P点．已知M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L，电子的质量为m，电荷量为e，不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力．求：
(1)电子穿过A板时速度的大小．
(2)电子从偏转电场射出时的偏移量．
(3)若要使电子打在荧光屏上P点的上方，可采取哪些措施？
[解析]　(1)设电子经电压U1加速后的速度为v0，由动能定理得eU1＝mv－0
解得v0＝.
(2)电子以速度v0进入偏转电场后，垂直于电场方向做匀速直线运动，沿电场方向做初速度为0的匀加速直线运动．由牛顿第二定律和运动学公式有
t＝，F＝ma，F＝eE，E＝，y＝at2
解得偏移量y＝.
(3)由y＝可知，减小U1或增大U2均可使y增大，从而使电子打在P点的上方．
[答案]　(1)　(2)
(3)减小加速电压U1或增大偏转电压U2