人教版（2019）必修第三册《10.5 带电粒子在电场中的运动》2020年同步练习卷

人教版（2019）必修第三册《10.5
带电粒子在电场中的运动》2020年同步练习卷
一、单选题（本大题共10小题，共40分）
两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子不计重力质量为m电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图所示，，此电子具有的初动能是
A.
B.
edUh
C.
D.
图为示波管的原理图．如果在电极之间所加的电压图按图所示的规律变化，在电极之间所加的电压按图所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是
A.
B.
C.
D.
现用一直线加速器来加速质子，使其从静止开始被加速到。已知加速电场的场强为，质子的质量为，电荷量为，则下列说法正确的是
A.
加速过程中质子电势能增加
B.
质子所受到的电场力约为
C.
质子加速需要的时间约为
D.
加速器加速的直线长度约为4m
如图所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边沿垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边沿飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边沿飞出，则两极板的间距应变为原来的
A.
2倍
B.
4倍
C.
倍
D.
倍
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和点之间返回
C.
运动到点返回
D.
穿过点
如图一个正的点电荷q从右图中两平行带电金属板左端中央处以初动能射入匀强电场中，它飞出电场时的动能变为，若此点电荷飞入电场时其速度大小增加为原来的2倍而方向不变，它飞出电场时的动能变为
A.
B.
C.
D.
一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔小孔对电场的影响可忽略不计小孔正上方处的P点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处未与极板接触返回．若将下极板向上平移，则从P点开始下落的相同粒子将
A.
打到下极板上
B.
在下极板处返回
C.
在距上极板处返回
D.
在距上极板处返回
如图为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为电子离开阴极时的速度可以忽略．电子经加速后从K的小孔中射出的速度大小为下面的说法中正确的是
A.
如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为2v
B.
如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为
C.
如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为
D.
如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为
在平行板电容器A、B两板上加上如图所示的电压，开始B板的电势比A板高，这时两板中间原来静止的电子在电场作用下开始运动，设电子在运动中不与极板发生碰撞，则下述说法正确的是不计电子重力
A.
电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回A板做周期性来回运动
B.
电子一直向A板运动
C.
电子一直向B板运动
D.
电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回B板做来回周期性运动
如图所示，竖直放置的两个平行金属板间有匀强电场，在两板之间等高处有两个质量相同的带电小球，P小球从紧靠左极板处由静止开始释放，Q小球从两板正中央由静止开始释放，两小球最后都能打在右极板上的同一点．则从开始释放到打到右极板的过程中
A.
它们的运行时间
B.
它们的电荷量之比
C.
它们的动能增加量之比
D.
它们的电势能减少量之比
二、多选题（本大题共4小题，共16分）
如图所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连．若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子
A.
所受重力与电场力平衡
B.
电势能逐渐增加
C.
动能逐渐增加
D.
做匀变速直线运动
如图所示是某示波管的示意图，电子先由电子枪加速后进入偏转电场，如果在偏转电极上加一个电压，则电子束将被偏转，并飞出偏转电场．下面措施中能使电子偏转距离变大的是
A.
尽可能把偏转极板L做得长一点
B.
尽可能把偏转极板L做得短一点
C.
尽可能把偏转极板间的距离d做得小一点
D.
将电子枪的加速电压提高
如图所示，有一质量为m、带电量为q的油滴，被置于竖直放置的两平行金属板间的匀强电场中，设油滴是从两板中间位置，并以初速度为零进入电场的，可以判定
A.
油滴在电场中做类平抛运动
B.
油滴在电场中做匀加速直线运动
C.
油滴打在极板上的运动时间只决定于电场强度和两板间距离
D.
油滴打在极板上的运动时间不仅决定于两板间距离，还决定于油滴的比荷
一个带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示．带电微粒只在电场力的作用下，由静止开始运动．则下列说法中正确的是
A.
微粒在内的加速度与内的加速度相同
B.
微粒将沿着一条直线运动
C.
微粒做往复运动
D.
微粒在第1s内的位移与第3s内的位移相同
三、计算题（本大题共2小题，共20分）
如图所示，A、B两块带异号电荷的平行金属板间形成匀强电场，一电子以的速度垂直于场强方向沿中心线由O点射入电场，从电场右侧边缘C点飞出时的速度方向与方向成的夹角。已知电子电荷，电子质量，求：
电子在C点时的动能是多少J？
、C两点间的电势差大小是多少V？
如图所示，边长为L的正方形区域ABCD内有竖直向下的匀强电场，电场强度为E，与区域边界BC相距L处竖直放置足够大的荧光屏，荧光屏与AB延长线交于O点。现有一质量为m，电荷量为的粒子从A点沿AB方向以一定的初速度进入电场，恰好从BC边的中点P飞出，不计粒子重力。
求粒子进入电场前的初速度的大小。
其他条件不变，增大电场强度使粒子恰好能从CD边的中点Q飞出，求粒子从Q点飞出时的动能和打在荧屏上的点离O点的距离y。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解：设出电子的初动能，末动能为零，极板间的电场，
根据动能定理：，
解得：
故选：D。
设出电子的初动能，末动能为零，全程只有电场力做功，根据动能定理解出电子的初动能．
注意动能定理应用时要找准全过程物体一共受到几个，并判断哪几个力做功．
2.【答案】B
【解析】解：由于电极加的是扫描电压，电极之间所加的电压是信号电压，信号电压与扫描电压周期相同，所以荧光屏上会看到的图形是B；
故选：B。
示波管的偏转电压上加的是待显示的信号电压，偏转电极通常接入锯齿形电压，即扫描电压，当信号电压与扫描电压周期相同时，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内的稳定图象．
本题关键要清楚示波管的工作原理，要用运动的合成与分解的正交分解思想进行思考．
3.【答案】D
【解析】解：A、根据能量守恒定律得，动能增加，电势能减小，故A错误；
B、质子所受到的电场力约为，故B错误；
C、根据牛顿第二定律得加速的加速度为?，则加速时间为，故C错误；
D、加速器加速的直线长度约为，故D正确；
故选：D。
根据能量守恒定律分析电势能变化；根据电场力公式求解电场力；根据匀变速直线运动规律：速度时间公式，位移时间公式求解加速时间和位移。
本题考查带电粒子在电场中的加速，关键是熟练掌握牛顿第二定律，匀变速直线运动规律以及动能定理，然后灵活应用。
4.【答案】C
【解析】
【分析】
根据类平抛运动的规律解出粒子恰能从右侧擦极板边缘飞出电场的临界条件，结合分析即可求解．
根据题目所给的信息，找到粒子在竖直方向位移表达式，讨论速度的变化对竖直方向的位移的影响即可解决本题
【解答】
对于带电粒子以平行极板的速度从左侧中央飞入匀强电场，恰能从右侧擦极板边缘飞出电场这个过程，假设粒子的带电量e，质量为m，速度为v，极板的长度为L，极板的宽度为d，电场强度为E；
由于粒子做类平抛运动，所以水平方向：
竖直方向：
因为
所以
若速度变为原来的两倍，则仍从正极板边沿飞出，则两极板的间距应变为原来
故选：C。
5.【答案】A
【解析】
【分析】
根据匀强电场电场强度的公式，电容的定义式以及电容的决定式，联立得，知道在电量不变的情况下，改变两板间距离，场强不变，再结合动能定理进行讨论。
考查带电粒子在电场中的运动，关键是要运用动能定理处理，注意在电量不变的条件下，改变极板间的距离场强不变。
【解答】
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?????
BC板电量不变，BC板间的场强???
由知BC板间的场强不随距离的变化而变化，当C板向右平移到时，BC板间的场强不变，由知，电子仍然运动到P点返回，故A正确，BCD错误；
故选：A。
6.【答案】B
【解析】解：设粒子第一个过程中初速度为v，，电场宽度L，
第一个过程中沿电场线方向的位移为：
第一个过程由动能定理：
第二个过程中沿电场线方向的位移为：
解得：选项B正确。
故选：B。
两个过程中带电粒子做类平抛运动，水平方向匀速直线，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，两过程初速度不同故在磁场中运动时间不同，在竖直方向的位移不同，最后用动能定理求解．
动能定理的应用注意一个问题，列式时不能列某一方向的动能定理，只能对总运动过程列一个式子．
7.【答案】D
【解析】解：对下极板未移动前，从静止释放到速度为零的过程运用动能定理得，．
将下极板向上平移，设运动到距离上级板x处返回．
根据动能定理得，
联立两式解得故D正确，A、B、C错误．
故选：D．
分析：
下极板未移动时，带电粒子到达下极板处返回，知道重力做功与电场力做功之和为零，向上移动下极板，若运动到下极板，重力做功小于克服电场力做功，可知不可能运动到下极板返回，根据动能定理，结合电势差大小与d的关系，求出粒子返回时的位置．
该题考到了带电粒子在电场中的运动、电容器、功能关系等知识点，是一道比较综合的电学题，难度较大．这类题应该以运动和力为基础，结合动能定理求解．
8.【答案】D
【解析】解：根据动能定理得：
?
得：
A、B、由上式可知，v与A、K间距离无关，则若A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度仍为v，故AB错误。
C、D、由上式可知，电压减半时，则电子离开K时的速度变为，故C错误，D正确。
故选：D。
电子在加速电场中运动时，电场力做功eU，根据动能定理列式得出v与U的关系式，即可进行分析．
此题关键运用动能定理研究加速过程，要知道粒子加速获得的速度与极板间的距离无关，而且动能定理不仅适用于匀强电场，也适用于非匀强电场．
9.【答案】C
【解析】解：遭内，电子受到的电场力方向水平向左，向左做匀加速直线运动，内，电子所受的电场力水平向右，电子向左做匀减速直线运动，末速度减为零，然后重复之前的运动，可知电子一直向B板运动。故C正确，A、B、D错误。
故选：C。
根据AB两极板电场的变化，分析电子所受电场力的变化，结合加速度与速度方向的关系判断其运动性质。
对于这种周期性的题目，只分析好一个周期的运动，即可知道全部时间内的运动。
10.【答案】B
【解析】解：两个带电小球分别沿着虚线做初速度为零的匀加速直线运动，把运动沿水平方向和竖直方向进行分解，在竖直方向上两球均做自由落体运动，在水平方向上均做初速度为零的匀加速直线运动。
由于两小球打在同一个点，所以在竖直方向做自由落体的时间是相同的，所以选项A错误。
根据分运动的等时性，沿电场方向加速时间也相等，由可得P、Q两球的水平加速度为2倍关系；由可知，带电量也为2倍关系。选项B正确。
在水平方向上，根据公式可知两球的加速度关系为，由可得电场力有关系，而水平方向，由功的公式知，电场力对两球做功有关系，所以电势能变化是4倍的关系。在竖直方向上重力做功相等，所以两球合力做功并不是4倍关系。可知C、D错误。
故选：B。
两小球在电场中均受到重力和电场力作用，两小球均沿图所示的虚线做初速度为零的匀加速直线运动；把运动沿水平和竖直方向进行分解，在竖直方向上做自由落体运动，在水平方向均做初速度为零的匀加速直线运动。因在竖直方向上位移相同，所以两球运动时间相同，从而判断出在水平方向上的加速度的关系和电场力的关系，结合能量的转化和守恒及运动学公式可判断个选项的正误。
该题考查了带电粒子在平行板电容器中的运动，本题关键将两个小球的运动分解为水平方向和竖直方向的分运动，然后结合运动学公式、牛顿运动定律和能量列式分析。
11.【答案】BD
【解析】解：A、根据题意可知，粒子做直线运动，则电场力与重力的合力与速度方向反向，粒子做匀减速直线运动，因此A错误，D正确；
B、由A选项分析可知，电场力做负功，则电势能增加，故B正确；
C、因电场力做负功，则电势能增加，导致动能减小，故C错误；
故选：BD。
带电粒子在场中受到电场力与重力，根据粒子的运动轨迹，结合运动的分析，可知电场力垂直极板向上，从而可确定粒子的运动的性质，及根据电场力做功来确定电势能如何变化．
考查根据运动情况来确定受力情况，并由电场力做功来确定电势能如何，以及动能的变化．
12.【答案】AC
【解析】解：设电子的电量为q，质量为m，加速度为a，运动的时间为t，则加速度：，
运动时间，
偏转量。
通过公式可以看出，提高侧移量，可以采用的方法是：加长板长L，减小两板间距离d和减小入射速度即可减小加速电压；故AC正确，BD错误。
故选：AC。
电子在匀强电场中发生偏转，根据已知的条件，写出偏转量的表达式，根据公式进行说明．
该题本意是考查带电粒子在电场中的偏转，要熟记偏转量的公式以及它的推导的过程．属于基本题型．
13.【答案】BD
【解析】解：A、B油滴从两板中间位置进入电场中，受到电场力和重力作用，两个力都是恒力，初速度又为零，故油滴做匀加速直线运动。故A错误，B正确。
C、D由牛顿第二定律得，油滴的加速度为，油滴在垂直于板的方向做初速度为零的加速度为a的匀加速直线运动，则有：，得：，式中，m、q分别是油滴的质量和电量；E是板间场强，d是板间距离。故C错误，D正确。
故选：BD。
油滴从两板中间位置进入电场中，受到电场力和重力作用，两个力都是恒力，则知油滴做匀加速直线运动，由牛顿第二定律和运动学公式结合可确定油滴打在极板上的运动时间的决定因素．
本题油滴所受的电场力和重力都是恒力，分析受力情况情况，运用运动的分解法，研究垂直于板的方向确定运动时间．
14.【答案】BD
【解析】解：A、加速度的方向与正电粒子所带的电场力的方向相同，所以由牛顿第二定律得知，微粒在内的加速度与内的加速度大小相同，方向相反。故错误；
B、C由图看出，和大小相等、方向相反，所以微粒奇数秒内和偶数秒内的加速度大小相等、方向相反，根据运动的对称性可知在2s末的速度恰好是0，即微粒第1s做加速运动。第2s做减速运动，然后再加速，再减速，一直持续下去。微粒将沿着一条直线运动。故B正确，C错误。
D、微粒在第1s内与第3s内都是从速度为0开始加速，加速度相同，所以它们的位移也相同。故D正确。
故选：BD。
由图象可知，电场强度的大小与方向的变化，当带电粒子由静止释放仅在电场力作用下，根据运动与力的关系可确定运动情况．
该题通过图象，通过分析微粒的受力情况，结合运动的对称性分析其运动情况是关键．属于基础题目．
15.【答案】解：电子在C点的速度为：，
则有：。
对电子从O到C的过程运用动能定理得：
代入数据解得：。
答：电子在C点时的动能是；
、C两点间的电势差大小是为。
【解析】根据平行四边形定则求出C点的速度，从而得出电子在C点的动能。
运用动能定理求出O、C两点间的电势差。
解决本题的关键知道粒子垂直电场进入做类平抛运动，在在垂直电场方向上的速度不变，做匀速直线运动，沿电场方向做匀加速直线运动。
16.【答案】解：粒子进入电场中做类平抛运动：
水平方向有：，
竖直方向有：?
，
由解得：；
令粒子到达Q点时速度与水平方向的夹角为，且，
位移与水平方向的夹角为，，
又因为，
故到达Q点时，
所以从Q点飞出时的动能为，
从Q点到打在屏上的时间为，
所以Q点到屏上竖直方向的位移为，
所以打在荧屏上的点离O点的距离；
答：求粒子进入电场前的初速度的大小为。
粒子从Q点飞出时的动能为，打在荧屏上的点离O点的距离y为7L；
【解析】根据水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速的直线运动的位移列方程求解；
根据速度夹角和位移夹角的关系求出Q的竖直方向的速度，根据动能的定义式求出总动能，从Q点射出后根据水平方向找到运动时间，再求解竖直位移；
明确粒子在电场中的运动情况，熟记运动学公式以及平抛运动中位移夹角和速度夹角的关系；