人教版高二物理选修3-1第一章1.9带电粒子在电场中的运动 同步课时作业
文档属性
| 名称 | 人教版高二物理选修3-1第一章1.9带电粒子在电场中的运动 同步课时作业 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 490.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-08-17 21:04:01 | ||
图片预览
文档简介
2020-2021学年高二物理人教版选修3-1同步课时作业
（9）带电粒子在电场中的运动
1.如图所示为示波管中电子枪的原理示意图,示波管内被抽成真空.A为发射电子的阴极,K为接在高电势点的加速阳极,间电压为U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v.下面的说法中正确的是(
)
A.如果间距离减半而电压仍为U,则电子离开K时的速度仍为v
B.如果间距离减半而电压仍为U,则电子离开K时的速度变为
C.如果间距离不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为
D.如果间距离不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为
2.如图所示，在匀强电场E中，一带电粒子－q的初速度恰与电场线方向相同，则带电粒子－q在开始运动后，将(
)
A．沿电场线方向做匀减速直线运动
B．沿电场线方向做变加速直线运动
C．沿电场线方向做匀加速直线运动
D．偏离电场线方向做曲线运动
3.如图所示,矩形区域ABCD内存在竖直向下的匀强电场,两个带正电的粒子a和b以相同的水平速度射入电场,粒子a由顶点A射入,从BC的中点P射出,粒子b由AB的中点O射入,从顶点C射出.若不计重力,则(
)
A.a和b在电场中运动的时间之比为1:2
B.a和b在电场中运动的时间之比为2:
1
C.a和b的比荷之比为1:8
D.a和b的比荷之比为8:1
4.真空中的某装置如图所示,其中平行金属板之间有加速电场,之间有偏转电场,为荧光屏。今有质子、氘核和粒子均由板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场,最后打在荧光屏上。已知质子、氘核和粒子的质量之比为1:2:4,电荷量之比为1:1:2,则下列判断中正确的是(
)
A.三种粒子从板运动到荧光屏经历的时间相同
B.三种粒子打到荧光屏上的位置相同
C.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1:2:2
D.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1:2:4
5.一位教师自制教具演示静电现象,在图甲所示的透明塑料圆筒内放入一个用锡箔纸包裹的小球(未画出、质量较小),然后将圆筒的上、下端用铁皮封住,铁皮上各接一个接线夹,图乙为静电起电机,摇动摇柄,正负极能不断产生正、负电荷,将A接线夹接在静电起电机的正极上,B接线夹接在静电起电机的负极上,圆筒竖直放置,刚开始球静止在底部,当摇动静电起电机摇柄后,下列说法正确的是(
)
A.球向上运动被顶部铁皮吸住后不再运动
B.球将在圆筒内不断上下运动与顶部和底部铁皮相碰
C.球与顶部铁皮相碰后,球上的自由电子移动到顶部铁皮上
D.球上升过程中电势能增加
6.如图所示,有一带电粒子贴着A板沿水平方向射人匀强电场,当偏转电压为时,带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出;当偏转电压为时,带电粒子沿②轨迹落到B板中间.设粒子两次射入电场的水平速度相同,则两次偏转电压之比为(
)
A.
B.
C.
D.
7.如图,带电荷量之比为的带电粒子以相等的速度从同一点出发,沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中,分别打在点,若,忽略粒子重力的影响,则(
)
A.A和B在电场中运动的时间之比为2:1
B.A和B运动的加速度大小之比为4:1
C.A和B的质量之比为1:2
D.A和B的位移大小之比为1:1
8.如图甲所示,两个平行金属板正对竖直放置,两板间加上如图乙所示的交变电压.时,Q板比P板电势高,在两板的正中央M点有一电子在电场力作用下由静止开始运动(电子所受重力可忽略不计),已知电子在时间内未与两板相碰.则电子速度方向向左且速度大小逐渐减小的时间段是(
)
A.
B.
C.
D.
9.如图,是真空中竖直放置的两块平行金属板,在P板附近有一电子由静止开始向板运动.已知两极板间电势差为U,板间距为d,电子质量为m、电荷量为e,不计重力.则关于电子在两板间的运动情况,下列叙述正确的是(
)
A.若将板间距d增大一倍,则电子到达Q板的速率保持不变
B.若将板间距d增大一倍,则电子到达Q板的速率也增大一倍
C.若将两极板间电势差U增大为原来的四倍,则电子到达Q板的时间保持不变
D.若将两极板间电势差U增大为原来的四倍,则电子到达Q板的时间减为原来的一半
10.如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点.由O点静止释放的电子恰好能运动到P点.现将C板向右平移到P’点，则由O点静止释放的电子(
)
A.运动到P点返回
B.运动到P和P’点之间返回
C.运动到P’点返回
D.穿过P’点
11.已知某星球半径为R，宇航员在该星球表面研究带电粒子在电场中的运动情况，如图所示，x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向。第一象限中有沿x轴正方向的匀强电场，第二象限中有沿y轴负方向的匀强电场，两电场的电场强度大小均为E。一个质量为m、电荷量为q的带电质点以初速度从x轴上点射入第二象限，已知带电质点在第二象限中做直线运动，并且能够连续两次通过y轴上的同一个点Q（未画出），引力常量为G。求：
（1）该星球的质量M；
（2）初速度与x轴正方向的夹角；
（3）两点间的电势差；
（4）带电质点在第一象限中运动所用的时间。
12.如图甲所示,热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计,电子发射装置的加速电压为,电容器板长,板间距离为,下极板接地.电容器右端到荧光屏的距离也是.在电容器两极板间接一交变电压,上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示.(每个电子穿过平行板的时间极短,可以认为此段时间电压是不变的)求:
1.在时刻,电子打在荧光屏上的位置;
2.荧光屏上有电子打到的区间长度.
答案以及解析
1.答案：AC
解析：根据动能定理得,可得,可知v与A、K间距离无关,若A、K间距离减半而电压仍为U,则电子离开A时的速度仍为v,故A正确,B错误;根据可知电压减半时,则电子离开A时速度变为,故C正确,D错误.
2.答案：A
解析：在匀强电场E中，带电粒子所受静电力为恒力。带电粒子受到与运动方向相反的恒定的静电力作用，产生与运动方向相反的恒定的加速度，因此，带电粒子?q在开始运动后，将沿电场线做匀减速直线运动。故A正确。
3.答案：AD
解析：两个粒子在水平方向上做匀速直线运动,a、b两粒子的水平位移之比为1:2,根据可知运动时间之比为1:2.粒子在竖直方向上做匀加速直线运动,根据,两粒子在竖直方向的位移之比为2:1,则a、b的加速度之比为8:1,根据牛顿第二定律知加速度,加速度之比等于两粒子的比荷之比,则两粒子的比荷之比为8:1.故A、D正确,B、C错误.
4.答案：B
解析：粒子加速过程,从B到M用时,得,所以,选项A错误.偏转位移,所以三种粒子打到荧光屏上的位置相同,选项B正确.因,得,选项C、D错误.
5.答案：BC
解析：当摇动静电起电机摇柄后,圆简上端铁皮带正电,下端铁皮带负电,圆筒内形成竖直向下的匀强电场,球在底部则带负电,在电场力作用下向上运动,与顶部铁皮相碰时,自由电子转移到顶部铁皮上,球带正电,然后再向下运动,与底部接触后带负电,在圆筒内不断上下运动,A错误,B、C正确;球向上运动时带负电,电场力做正功,电势能减少,D错误.
6.答案：A
解析：带电粒子在电场中做类平抛运动,将合运动沿着平行于平板和垂直于平板方向正交分解,有,,,解得,故.故选A.
7.答案：B
解析：粒子在电场中做类平抛运动,在水平方向有,由于带电粒子以相等的速度从同一点出发,所以粒子的运动时间之比,故A错误;粒子在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,有,由于粒子在竖直方向上的位移相等,所以加速度之比,故B正确;由牛顿第二定律得,则粒子的质量之比,故C错误;两个粒子在竖直方向上的位移相等,但水平方向上的位移不相等,所以合位移大小不相等,位移大小之比不是,故D错误.
8.答案：D
解析：开始时Q板电势比P板高,电子受到的电场力向右,因此在内,电子向右加速运动,A错误;时刻电场反向,电子开始向右减速运动,到时刻,速度恰好减小到零,B错误;在时间内,电子向左加速运动,C错误;在时刻,电场再次反向,电子开始向左减速运动,到时刻,速度刚好减小到零,D正确.
9.答案：AD
解析：根据动能定理得,可得电子到达Q板的速度,将板间距增大一倍,因为电压不变,则电子到达Q板的速率不变,故A正确,B错误;电子的加速度,根据,得,U增大四倍,则电子到达Q板的时间变为原来的,故C错误,D正确.
10.答案：A
解析：设AB间电场强度为,BC间场强为，根据题意由O点释放的电子恰好能运动到P点，根据动能定理，有
①
BC板电量不变，BC板间的场强
②
由②知BC板间的场强不随距离的变化而变化，当C板向右平移到P′时，BC板间的场强不变，由①知，电子仍然运动到P点返回，故A正确，BCD错误；
故选：A
11.答案：（1）
（2）45°
（3）
（4）
解析：（1）因带电质点在第二象限中做直线运动，故质点带负电，且有，解得，在星球表面有
则该星球的质量
（2）带电质点只有在第一象限做直线运动才能再次回到Q点，
有，解得
（3）根据匀强电场中电场强度与电势差的关系得：
（4）带电质点在第一象限做匀变速直线运动，由牛顿第二定律知
解得
带电质点在第一象限中运动所用的时间
12.答案：（1）O点上方1.35cm处
（2）.3.0cm
解析：（1）.设电子经电压加速后的速度为,根据动能定理得,设偏转电场的场强为E,则,设电子经时间t通过偏转电场,偏离轴线的侧向位移为y,则在水平方向上有,在竖直方向上有,.设电子通过偏转电场过程中竖直分速度为,偏转角为θ,则电子通过偏转电场时,有,.联立解得电子在荧光屏上偏离O点的距离为.由题图知,时刻,代入数据解得,电子向上偏转,即打在O点上方1.35cm处.
（2）由题意知,电子偏移量y的最大值为,所以当偏转电压超过时,电子打不到荧光屏上,将代入上式得,所以荧光屏上电子能打到的区间长为.
（9）带电粒子在电场中的运动
1.如图所示为示波管中电子枪的原理示意图,示波管内被抽成真空.A为发射电子的阴极,K为接在高电势点的加速阳极,间电压为U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v.下面的说法中正确的是(
)
A.如果间距离减半而电压仍为U,则电子离开K时的速度仍为v
B.如果间距离减半而电压仍为U,则电子离开K时的速度变为
C.如果间距离不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为
D.如果间距离不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为
2.如图所示，在匀强电场E中，一带电粒子－q的初速度恰与电场线方向相同，则带电粒子－q在开始运动后，将(
)
A．沿电场线方向做匀减速直线运动
B．沿电场线方向做变加速直线运动
C．沿电场线方向做匀加速直线运动
D．偏离电场线方向做曲线运动
3.如图所示,矩形区域ABCD内存在竖直向下的匀强电场,两个带正电的粒子a和b以相同的水平速度射入电场,粒子a由顶点A射入,从BC的中点P射出,粒子b由AB的中点O射入,从顶点C射出.若不计重力,则(
)
A.a和b在电场中运动的时间之比为1:2
B.a和b在电场中运动的时间之比为2:
1
C.a和b的比荷之比为1:8
D.a和b的比荷之比为8:1
4.真空中的某装置如图所示,其中平行金属板之间有加速电场,之间有偏转电场,为荧光屏。今有质子、氘核和粒子均由板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场,最后打在荧光屏上。已知质子、氘核和粒子的质量之比为1:2:4,电荷量之比为1:1:2,则下列判断中正确的是(
)
A.三种粒子从板运动到荧光屏经历的时间相同
B.三种粒子打到荧光屏上的位置相同
C.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1:2:2
D.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1:2:4
5.一位教师自制教具演示静电现象,在图甲所示的透明塑料圆筒内放入一个用锡箔纸包裹的小球(未画出、质量较小),然后将圆筒的上、下端用铁皮封住,铁皮上各接一个接线夹,图乙为静电起电机,摇动摇柄,正负极能不断产生正、负电荷,将A接线夹接在静电起电机的正极上,B接线夹接在静电起电机的负极上,圆筒竖直放置,刚开始球静止在底部,当摇动静电起电机摇柄后,下列说法正确的是(
)
A.球向上运动被顶部铁皮吸住后不再运动
B.球将在圆筒内不断上下运动与顶部和底部铁皮相碰
C.球与顶部铁皮相碰后,球上的自由电子移动到顶部铁皮上
D.球上升过程中电势能增加
6.如图所示,有一带电粒子贴着A板沿水平方向射人匀强电场,当偏转电压为时,带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出;当偏转电压为时,带电粒子沿②轨迹落到B板中间.设粒子两次射入电场的水平速度相同,则两次偏转电压之比为(
)
A.
B.
C.
D.
7.如图,带电荷量之比为的带电粒子以相等的速度从同一点出发,沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中,分别打在点,若,忽略粒子重力的影响,则(
)
A.A和B在电场中运动的时间之比为2:1
B.A和B运动的加速度大小之比为4:1
C.A和B的质量之比为1:2
D.A和B的位移大小之比为1:1
8.如图甲所示,两个平行金属板正对竖直放置,两板间加上如图乙所示的交变电压.时,Q板比P板电势高,在两板的正中央M点有一电子在电场力作用下由静止开始运动(电子所受重力可忽略不计),已知电子在时间内未与两板相碰.则电子速度方向向左且速度大小逐渐减小的时间段是(
)
A.
B.
C.
D.
9.如图,是真空中竖直放置的两块平行金属板,在P板附近有一电子由静止开始向板运动.已知两极板间电势差为U,板间距为d,电子质量为m、电荷量为e,不计重力.则关于电子在两板间的运动情况,下列叙述正确的是(
)
A.若将板间距d增大一倍,则电子到达Q板的速率保持不变
B.若将板间距d增大一倍,则电子到达Q板的速率也增大一倍
C.若将两极板间电势差U增大为原来的四倍,则电子到达Q板的时间保持不变
D.若将两极板间电势差U增大为原来的四倍,则电子到达Q板的时间减为原来的一半
10.如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点.由O点静止释放的电子恰好能运动到P点.现将C板向右平移到P’点，则由O点静止释放的电子(
)
A.运动到P点返回
B.运动到P和P’点之间返回
C.运动到P’点返回
D.穿过P’点
11.已知某星球半径为R，宇航员在该星球表面研究带电粒子在电场中的运动情况，如图所示，x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向。第一象限中有沿x轴正方向的匀强电场，第二象限中有沿y轴负方向的匀强电场，两电场的电场强度大小均为E。一个质量为m、电荷量为q的带电质点以初速度从x轴上点射入第二象限，已知带电质点在第二象限中做直线运动，并且能够连续两次通过y轴上的同一个点Q（未画出），引力常量为G。求：
（1）该星球的质量M；
（2）初速度与x轴正方向的夹角；
（3）两点间的电势差；
（4）带电质点在第一象限中运动所用的时间。
12.如图甲所示,热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计,电子发射装置的加速电压为,电容器板长,板间距离为,下极板接地.电容器右端到荧光屏的距离也是.在电容器两极板间接一交变电压,上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示.(每个电子穿过平行板的时间极短,可以认为此段时间电压是不变的)求:
1.在时刻,电子打在荧光屏上的位置;
2.荧光屏上有电子打到的区间长度.
答案以及解析
1.答案：AC
解析：根据动能定理得,可得,可知v与A、K间距离无关,若A、K间距离减半而电压仍为U,则电子离开A时的速度仍为v,故A正确,B错误;根据可知电压减半时,则电子离开A时速度变为,故C正确,D错误.
2.答案：A
解析：在匀强电场E中，带电粒子所受静电力为恒力。带电粒子受到与运动方向相反的恒定的静电力作用，产生与运动方向相反的恒定的加速度，因此，带电粒子?q在开始运动后，将沿电场线做匀减速直线运动。故A正确。
3.答案：AD
解析：两个粒子在水平方向上做匀速直线运动,a、b两粒子的水平位移之比为1:2,根据可知运动时间之比为1:2.粒子在竖直方向上做匀加速直线运动,根据,两粒子在竖直方向的位移之比为2:1,则a、b的加速度之比为8:1,根据牛顿第二定律知加速度,加速度之比等于两粒子的比荷之比,则两粒子的比荷之比为8:1.故A、D正确,B、C错误.
4.答案：B
解析：粒子加速过程,从B到M用时,得,所以,选项A错误.偏转位移,所以三种粒子打到荧光屏上的位置相同,选项B正确.因,得,选项C、D错误.
5.答案：BC
解析：当摇动静电起电机摇柄后,圆简上端铁皮带正电,下端铁皮带负电,圆筒内形成竖直向下的匀强电场,球在底部则带负电,在电场力作用下向上运动,与顶部铁皮相碰时,自由电子转移到顶部铁皮上,球带正电,然后再向下运动,与底部接触后带负电,在圆筒内不断上下运动,A错误,B、C正确;球向上运动时带负电,电场力做正功,电势能减少,D错误.
6.答案：A
解析：带电粒子在电场中做类平抛运动,将合运动沿着平行于平板和垂直于平板方向正交分解,有,,,解得,故.故选A.
7.答案：B
解析：粒子在电场中做类平抛运动,在水平方向有,由于带电粒子以相等的速度从同一点出发,所以粒子的运动时间之比,故A错误;粒子在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,有,由于粒子在竖直方向上的位移相等,所以加速度之比,故B正确;由牛顿第二定律得,则粒子的质量之比,故C错误;两个粒子在竖直方向上的位移相等,但水平方向上的位移不相等,所以合位移大小不相等,位移大小之比不是,故D错误.
8.答案：D
解析：开始时Q板电势比P板高,电子受到的电场力向右,因此在内,电子向右加速运动,A错误;时刻电场反向,电子开始向右减速运动,到时刻,速度恰好减小到零,B错误;在时间内,电子向左加速运动,C错误;在时刻,电场再次反向,电子开始向左减速运动,到时刻,速度刚好减小到零,D正确.
9.答案：AD
解析：根据动能定理得,可得电子到达Q板的速度,将板间距增大一倍,因为电压不变,则电子到达Q板的速率不变,故A正确,B错误;电子的加速度,根据,得,U增大四倍,则电子到达Q板的时间变为原来的,故C错误,D正确.
10.答案：A
解析：设AB间电场强度为,BC间场强为，根据题意由O点释放的电子恰好能运动到P点，根据动能定理，有
①
BC板电量不变，BC板间的场强
②
由②知BC板间的场强不随距离的变化而变化，当C板向右平移到P′时，BC板间的场强不变，由①知，电子仍然运动到P点返回，故A正确，BCD错误；
故选：A
11.答案：（1）
（2）45°
（3）
（4）
解析：（1）因带电质点在第二象限中做直线运动，故质点带负电，且有，解得，在星球表面有
则该星球的质量
（2）带电质点只有在第一象限做直线运动才能再次回到Q点，
有，解得
（3）根据匀强电场中电场强度与电势差的关系得：
（4）带电质点在第一象限做匀变速直线运动，由牛顿第二定律知
解得
带电质点在第一象限中运动所用的时间
12.答案：（1）O点上方1.35cm处
（2）.3.0cm
解析：（1）.设电子经电压加速后的速度为,根据动能定理得,设偏转电场的场强为E,则,设电子经时间t通过偏转电场,偏离轴线的侧向位移为y,则在水平方向上有,在竖直方向上有,.设电子通过偏转电场过程中竖直分速度为,偏转角为θ,则电子通过偏转电场时,有,.联立解得电子在荧光屏上偏离O点的距离为.由题图知,时刻,代入数据解得,电子向上偏转,即打在O点上方1.35cm处.
（2）由题意知,电子偏移量y的最大值为,所以当偏转电压超过时,电子打不到荧光屏上,将代入上式得,所以荧光屏上电子能打到的区间长为.