10.5带电粒子在电场中的运动练习题-2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（word含答案）

10.5带电粒子在电场中的运动练习题
一、选择题
1．如图所示，三个同样的带电粒子（不计重力）同时从同一位置沿同一方向垂直于电场线射入平行板电容器间的匀强电场，它们的运动轨迹分别用a、b、c标出，不考虑带电粒子间的相互作用，下列说法中正确的是
A．当b飞离电场的同时，a刚好打在下极板上
B．b和c同时飞离电场
C．进入电场时，c的速度最大，a的速度最小
D．在电场中运动过程中c的动能增加最小，a、b动能增加量相同
2．如图所示，竖直平行金属板带等量异种电荷（A板带正电，B板带负电），一带电颗粒沿图中直线从A向B运动，则下列说法中正确的是（ ）
A．颗粒可能带正电 B．颗粒机械能减小
C．颗粒电势能减小 D．颗粒动能减小
3．带正电的粒子在某电场中仅受电场力作用，能分别完成以下两种运动∶①在电场线上运动，②在等势面上做匀速圆周运动。该电场可能由（　　）
A．两个分立的带等量异号点电荷形成
B．一个带负电的点电荷形成
C．两个分立的带等量负电的点电荷形成
D．一带负电的点电荷与带正电的无限大平板形成
4．如图所示，用绝缘细线拴一带负电小球，在竖直平面内做圆周运动，匀强电场方向竖直向下，则(　　)
A．当小球运动到最高点a时，线的张力一定最小
B．当小球运动到最低点b时，小球的速度一定最大
C．当小球运动到最高点a时，小球的电势能最小
D．小球在运动过程中机械能不守恒
5．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+q的带电粒子，以false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（false，0）、（0，2L）、（0，L）。若不计重力与空气阻力，则下列说法中正确的是（　 ）
A．带电粒子由A到C过程中最小速度一定为false
B．带电粒子由A到C过程中电势能先减小后增大
C．匀强电场的大小为false
D．若匀强电场的大小和方向可调节，粒子恰好能沿AB方向到达B点，则此状态下电场强度大小为false
6．离子发动机飞船的原理是用电压U加速一价惰性气体离子，将它高速喷出后，飞船得到加速。在氦、氖、氩、氪、氙中选了氙，理由是用同样的电压加速，它喷出时（　　）
A．速度大 B．动量大 C．动能大 D．质量大
7．如图所示，示波器的示波管可视为加速电场与偏转电场的组合，若已知加速电压为U1，偏转电压为U2，偏转极板长为L，极板间距为d，且电子被加速前的初速度可忽略，则关于示波器灵敏度[即偏转电场中每单位偏转电压所引起的偏转量(false)与加速电场、偏转电场的关系，下列说法中正确的是(　　)
A．L越大，灵敏度越高 B．d越大，灵敏度越高
C．U1越大，灵敏度越高 D．U2越大，灵敏度越高
8．如图，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
9．如图所示，实线为电场线，虚线为电荷在匀强电场中的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，则下列说法正确的是( )
A．电荷在b点的电势能大于在a点的电势能
B．该电场的方向水平向左
C．b点的电势高于a点的电势
D．电荷在电场中相同时间内速度的变化量不相同
10．如图甲所示为某电场中的一条电场线，一电子只在电场力的作用下从A点到B点运动的速度-时间图像如图乙所示，则下列分析正确的是（　　）
A．该电场可能是正点电荷产生的 B．从A点运动到B点的过程中该粒子的电势能变小
C．A点的电势一定高于B点的电势 D．A点的电场强度比B点的大
11．如图所示，一个电荷量为false的油滴，从false点以速度false竖直向上射入匀强电场中，经过一段时间到达false点（图中未标出），速度大小仍为false。若false，下列说法正确的是（　　）
A．false点在false点正上方的右侧 B．电场力对油滴先做正功后做负功
C．油滴速度的最小值为false D．false、false两点间的电势差为false
12．如图所示，匀强电场水平向右绝缘细线一端固定在O点一端连着带电小球将小球从与O点等高的A点由静止释放结果小球在竖直面内做圆周运动，B为运动的最低点，不计空气阻力，则下列判断不正确的是（　　）
A．小球可能带负电
B．从A到B过程细线的张力先增大后减小
C．从A到B过程，小球减少的机械能等于增加的电势能
D．从A到B过程，小球电势能和重力势能之和先减小后增大
13．如图所示，竖直放置的一对平行金属板的电势差为U1，水平放置的一对平行金属板间的电势差为U2。一电子由静止开始经U1加速后，进入水平放置的金属板间，刚好从下板边缘射出.不计电子重力。下列说法正确的是（　　）
A．增大U1，电子一定打在金属板上
B．减小U1，电子不一定打在金属板上
C．减小U2，电子一定能从水平金属板间射出
D．增大U2，电子一定能从水平金属板间射出
14．喷墨打印机的简化模型如图所示，如果墨汁微滴（重力不计）经带电室带负电后，以速度false沿轴线垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上，纸面关于轴线对称。调节信号输入使微滴带不同的电荷量false、改变偏转电压false及两极板的极性均可改变墨汁微滴打在纸上的位置，乃至能够使微滴恰好打在纸上的最高点或最低点，如果极板长度为false，板间距离为false，极板右端到纸面的距离为false，纸张最高点到最低点的距离为false，则下列说法正确的是（　　）
A．要使微滴打在纸张的下部，应使上极板为正极
B．如果板间电压一定，要使微滴在纸张上的偏移量加倍，则微滴的电荷量要加倍
C．如果以中央轴线为准，往上下增大板间距离，可以提高微滴偏移的灵敏度
D．要使微滴打在纸上最高点或最低点，则微滴带电荷量与板间电压的关系应满足false
15．如图所示，一棱长为d的正方体置于存在匀强电场的空间中，电场的方向沿z轴正方向，电场强度大小为E，ABCD和false是正方体的顶点。一质量为m、电荷量为false的粒子以速度false从D点沿DB方向射入正方体内，粒子的重力可以忽略，当粒子到达false连线上某点时（　　）
A．所用时间为false
B．速度大小为false
C．与D点的距离为false
D．速度方向与false轴负方向的夹角为30°
二、解答题
16．如图所示，长false的轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向右的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角false。已知小球所带电荷量的大小false，匀强电场的场强false，取重力加速度false，false，false，求：
（1）小球所受静电力F的大小；
（2）判断小球带电的种类，并说明理由；
（3）小球的质量m；
（4）现将电场方向政为竖直向下，场强大小不变，小球回到最低点时速度的大小。
17．如图所示，倾角θ=37°的粗糙绝缘斜面AB与粗糙绝缘水平地面BC在B点平滑连接，B点右侧区域存在水平向左的匀强电场，电场强度大小E=5.0×103N/C．斜面顶端A点离地高度h=2.4m，可视为质点的带正电金属滑块质量m=1.0kg、电荷量q=1.0×10-4C。现将滑块从A点由静止释放，最后停在水平地面上的C点。已知滑块与斜面间的动摩擦因数μ1=0.5，滑块与水平地面间的动摩擦因数μ2=0.15，重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。
（1）求滑块运动到B点时速度的大小；
（2）求滑块在水平地面上滑行的距离；
（3）要使静止在C点的滑块恰好能重新返回到斜面顶端A点，可将电场强度的大小突然增大到某一值E0。求电场强度E0的大小。
18．如图所示，水平放置的平行板电容器与某一电源相连，它的极板长L＝0.4 m，两板间距离d＝4×10－3 m，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度v0从两板中央平行极板射入，开关S闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下极板的正中央，已知微粒质量为m＝4×10－5 kg，电荷量q＝＋1×10－8 C，g＝10 m/s2．求：
（1）微粒入射速度v0为多少？
（2）为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，所加的电压U应取什么范围？
参考答案
1．ACD
【详解】
三个粒子相同，故进入电场后，受到的电场力相等，即加速度相等，在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量false，所以false，故B错误，A正确；在水平方向上做匀速直线运动，故有false，因为false，false，所以有false，故C正确；根据动能定理false，故c的最小，a和b的一样大，故D正确。
故选ACD。
2．BD
【详解】
带电微粒在电场中受到重力和电场力两个力作用，电场力在水平方向，由微粒做直线运动可知，电场力方向必定水平向左，则微粒带负电，故A错误；电场力做负功，机械能减小，电势能增加，故B正确，C错误；微粒的合力方向与速度方向相反，对微粒做负功，则其动能减小，故D正确；故选BD．
3．BC
【详解】
A．若电场是两个分立的带等量异号点电荷形成，带正电的粒子可在两电荷连线上做直线运动，但由于在等势面（中垂面）上受到的电场力无法作为向心力，故无法做匀速圆周运动，A错误；
B．若电场是一个带负电的点电荷形成，带负电的粒子可在一条电场线上运动，也可在两电荷间的库伦引力作用下以负电荷为圆心做匀速圆周运动，B正确；
C．若电场是两个分立的带等量负电的点电荷形成，电荷即可以在一条电场线（电荷间的连线）上运动，也可以在中垂面上某一个圆周上做匀速圆周运动，C正确；
D．一带负电的点电荷与带正电的无限大平板形成的电场与A选项的电场类似，D错误。
故选BC。
4．CD
【分析】
分析小球所受重力与电场力的大小关系：当重力大于电场力时，小球运动到最高点a时，线的张力一定最小，到达最低点b时，小球的速度最大；当重力等于电场力时，小球做匀速圆周运动．当重力小于电场力时，小球运动到最高点a时，线的张力一定最大，到达最低点b时，小球的速度最小；由于电场力做功，小球的机械能一定不守恒．
【详解】
小球在电场中受到重力和向上的电场力．当重力大于电场力时，小球运动到最高点a时，线的张力一定最小，到达最低点b时，小球的速度最大；当重力等于电场力时，小球做匀速圆周运动，速度大小不变．当重力小于电场力时，小球运动到最高点a时，线的张力一定最大，到达最低点b时，小球的速度最小，故AB错误；当小球最低点到最高点的过程中，电场力做正功，电势能减小，小球运动到最高点A，小球的电势能最小，故C正确；由于电场力做功，小球的机械能一定不守恒，故D正确．所以CD正确，AB错误．
【点睛】
本题中题设条件不明，要考虑各种可能的情况进行讨论，分三种情况分析小球的受力情况和运动情况．
5．AD
【详解】
A．因带电粒子只受恒定的电场力，做匀变速曲线运动，而C点有最小速度且垂直y轴，可推得粒子做类斜上抛运动，C是最高点，其速度与电场力垂直，则电场力沿y轴负方向，设A点的速度与x轴的夹角为false，则
false
由几何关系可知
false
联立可得
false
故A正确；
B．因粒子做类斜上抛运动，从A点到C点电场力与速度的夹角从钝角变为直角，则电场力一直做负功，电势能一直增大，故B错误；
C．粒子从A到C的过程，由动能定理
false
联立可得匀强电场的大小为
false
故C错误；
D．调节匀强电场的大小和方向使粒子恰好能沿AB方向到达B点，则粒子一定AB做匀减速直线运动，电场力沿BA方向，由动能定理有
false
则匀强电场的场强大小为
false
故D正确。
故选AD。
6．B
【详解】
以隋性气体离子为研究对象，根据动能定理得
false
带电量相同，加速电压相同，故获得的动能相同
false
可见v与false成反比，可见疝气喷出时的速度比较小，由公式
false
p与false成正比，因氙质量最大，故获得的动量大
故选B。
7．A
【详解】
偏转位移
false
灵敏度
false
故A正确，BCD错误。
故选A。
8．D
【详解】
AD．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同线，粒子做匀变速直线运动，因此A错误，D正确；
BC．电场力和重力的合力水平向左，但是不知道粒子从左向右运动还是从右向左运动，故无法确定电场力做正功还是负功，则不确定粒子动能是增加还是减少，电势能减少还是增加，故BC错误。
故选D。
【点睛】
考查根据运动情况来确定受力情况，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。
9．A
【解析】
【详解】
AB．匀强电场中电场力与电场线平行，而曲线运动合力指向曲线的凹侧一方，故电场力一定向左，从a到b点，电场力做负功，电势能增加，故A正确，B错误；
C．电场力向左，但不知道电荷的电性，所以不能判断电场方向，即不能判断两点电势的高低，故C错误；
D．在匀强电场中，粒子受到的电场力恒定，粒子加速度恒定，相同时间内速度变化量false，也恒定，故D错误。
10．C
【详解】
由图乙可知，电子A点到B点的过程中，速度减小，动能减小，电子的加速度恒定，故可知电场为匀强电场，该电场不可能是正点电荷产生的，且电场力做负功，故电势能增加，则电子在B点的电势能大于在A点的电势能，由于电子带负电可得A点的电势高于B点电势。
故选 C。
11．C
【详解】
A．油滴带负电，电场力向左，所以false点在false点正上方的左侧，A错误；
B．油滴在水平方向初速度为零，所以电场力对油滴一直做正功。B错误；
C．设经过时间t，速度最小，有
false
当false时，油滴速度最小，最小值为
false
C正确；
D．根据动能定理得
false
根据选项C可知，运动时间为
false
所以油滴运动的高度为
false
所以false、false两点间的电势差为
false
D错误。
故选C。
12．A
【详解】
A．若小球带负电，则由静止释放小球，小球在电场力与重力的作用下应先做直线运动，因此小球一定带正电， A符合题意；
B．由于小球受到的电场力与重力的合力斜向右下，A到B过程，小球在斜向右下的等效场中运动，运动过程速度先增大后减小，细线的张力先增大后减小， B不符合题意；
C．小球的机械能与电势能之和为一定值，因此小球减少的机械能等于增加的电势能，C不符合题意；
D．小球的速度先增大后减小，动能先增大后减小，因此小球电势能与重力势能之和先减小后增大，D不符合题意。
故选A。
13．C
【详解】
设水平金属板长为L，两板间距离为d，电子在加速度电场中，根据动能定理，有
eU1=falsemv2
电子在偏转电场中，水平方向有
L=vt
竖直方向
false
联立三式可得，电子在竖直方向的偏转距离
false
AB．由上式可知，减小U1，可增大偏转距离y，则电子一定打在金属板上，AB错误；
CD．减小U2，可减小偏转距离y，则电子一定能从水平金属板间射出，C 正确，D错误。?
故选C。
14．B
【详解】
A．如果上极板是正极，则板间电场方向向下，由于微滴带负电，则微滴所受电场力向上，故会往上偏打到纸张的上部，A错误；
B．微滴在电场中做类平拋运动，由
false
false
解得
false
射出电场时速度方向的反向延长线交于水平位移的中点，则
false
即
false
在false一定时，有false，故如果板间电压一定，要使微滴在纸张上的偏移量加倍，则微滴的电荷量要加倍，B正确；
C．由false知，在保持其他条件不变的情况下，false，则板间距离增大，微滴的偏移量减小，说明微滴偏移的灵敏度降低，C错误；
D．当微滴在纸张上的偏移量为false时，有
false
解得
false
D错误；
故选B。
15．C
【详解】
A．带负电的粒子在匀强电场受到沿z轴负向的电场力，从D点以速度false做类平抛运动，轨迹如图所示
因false，false，故
false，false
而false为类平抛运动的位移偏向角，有
false
false
联立解得类平抛的时间为
false
故A错误；
B．类平抛的末速度为两分速度的合成，有
false
故B错误；
C．粒子到达false连线上M点时与D点的距离为类平抛的位移，有
false
故C正确；
D．设速度方向与false轴负方向的夹角为false，则由速度的三角形关系有
false
故夹角不是30°，D错误；
故选C。
16．（1）false；（2）负电；（3）false；（4）false
【详解】
（1）小球所受电场力大小为
false
（2）因为小球平衡，小球受重力、绳的拉力和水平向右的电场力的作用，电场水平向左，则小球带负电荷。
（3）因为小球平衡，小球受重力、绳的拉力和水平向右的电场力的作用，根据
false
解得
false
（4）将电场方向改为竖直向下，重力与电场力对小球做功，根据动能定理有
false
解得
false
17．（1）v=4m/s；（2）x=4m；（3）E0=1.15×105N/C
【详解】
（1）设小滑块在斜面上运动的加速度大小为a1，根据牛顿第二定律
false
解得
false
设滑块运动到B点时速度的大小为v，根据匀加速运动公式
false
解得
false
（2）设滑块在水平地面上运动的加速度大小为a2，根据牛顿第二定律
false
解得
false
设滑块在水平地面上滑行的距离为x2，根据匀减速运动公式
false
解得
false
（3）设滑块沿斜面上滑的加速度大小为a3，根据牛顿第二定律
false
解得
false
设滑块在水平面加速的加速度大小为a4，因为A到B的距离与C到B的距离相等，则
由
false
可知
false
由于电场强度突然增大到某一值E0，根据牛顿第二定律
false
解得
false
18．（1）10 m/s （2）120 V ≤U≤200 V
【详解】
（1）粒子刚进入平行板时，两极板不带电，粒子做的是平抛运动，则有：
水平方向有：
false
竖直方向有：
false
解得：
v0=10m/s
（2）由于带电粒子的水平位移增加，在板间的运动时间变大，而竖直方向位移不变，所以在竖直方向的加速度减小，所以电场力方向向上，又因为是正电荷，所以上极板与电源的负极相连，当所加电压为U1时，微粒恰好从下板的右边缘射出，则有：
false
根据牛顿第二定律得：
false
解得：
U1=120V
当所加电压为U2时，微粒恰好从上板的右边缘射出，则有：
false
根据牛顿第二定律得：
false
解得：
U2=200V
所以所加电压的范围为：
120V≤U≤200V