10.5带电粒子在电场中的运动 同步课时作业—word版含答案2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

10.5带电粒子在电场中的运动—2021-2022学年高二物理人教版（2019）必修第三册同步课时作业
1.如图所示，是在真空中竖直放置的两块平行金属板。质量为m、电荷量为q的带负电的粒子（不计重力）以初速度由小孔水平射入电场，当间的电压为U时，粒子刚好能到达N板。如果要使这个带电粒子到达两板中线位置处即返回，则下述措施能满足要求的是( )
A.使初速度减小为原来的
B.使间的电压提高到原来的4倍
C.使间的电压加倍
D.使初速度减小为原来的，同时间的电压加倍
2.示波器是一种多功能电学仪器，它是由加速电场和偏转电场组成。如图所示，电子在电压为的电场中由静止开始加速，然后射入电压为的平行金属板间的电场中，入射方向与极板平行，在满足电子能射出偏转电场区的条件下，下述情况一定能使电子偏转角度θ变大的是( )
A.变大，变大 B.变小，变大 C.变大，变小 D.变小，变小
3.如图所示为示波管中偏转电极的示意图，间距为d、长度为l的平行板加上电压后，可在之间的空间中（设为真空）产生电场（设为匀强电场）。在与等距离的O点，有一电荷量为、质量为m的粒子以初速度沿水平方向（与板平行）射入（图中已标出），不计重力，要使此粒子能从C处射出，则间的电压应为( )
A. B. C. D.
4.如图所示，足够大的铝质薄平板竖直放置，铝板左侧和右侧分别存在垂直于纸面向外的匀强磁场（图中未画出）。动量相同的质子p和某二价负离子n从其右侧表面O点同时水平向右射出。已知两粒子第一次穿越铝板后恰好都垂直打在铝板左侧表面Q点（图中未画出）。假设穿越铝板时，质子p的动能损失，负离子n的动能损失，两粒子电荷量均不变，不计两粒子重力。则为( )
A.9 B. C.2 D.
5.如图所示，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。已知三个点的坐标分别为、。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
B.带电粒子由A到C过程中电势能先减小后增大
C.匀强电场的场强大小为
D.若匀强电场的场强大小和方向可调节，粒子恰好能沿方向到达B点，则此状态下电场强度大小为
6.如图，空间中有两块彼此绝缘、间距为d的平行板电容器，电容器两极板带均匀等量电荷，两极板的中央分别开有小孔。甲电子以速率从A极板的中央O点沿两孔中心连线运动，甲电子经过时间t运动到P点，且在P点速度恰好为零。若将B极板右移，使两极板间距变为（其他条件不变），再将乙电子从B极板中央点由静止释放，下列说法正确的是( )
A.A极板的电势低于B极板的电势 B.甲电子向右运动时，其电势能逐渐减小
C.乙电子在电场中的运动时间为 D.乙电子运动到A极板中央O点时的速率为
7.如图甲所示，平行金属板中央有一个静止的电子（不计重力），两板间距离d足够大。当两板间加上如图乙所示的交变电压后，在下列选项中，电子速度v、位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的是( )
A. B. C. D.
8.如图所示，水平放置的平行板电容器的上极板带正电，从上极板的左端A点紧贴上极板以初速度水平向右射入一个带正电的粒子，粒子重力不计。当粒子的水平分速度与竖直分速度的大小之比为1:2时，其恰好从下极板的右端B点射出。设极板长为L，板间距为d，则( )
A.极板长L与板间距d满足关系
B.极板长L与板间距d满足关系
C.若粒子初速度为，则粒子从电容器中飞出时距上极板
D.若粒子初速度为，则粒子从电容器中飞出时距上极板
9.如图所示的直角坐标系中，第一象限内分布着均匀辐射的电场，坐标原点与四分之一圆弧的荧光屏间电压为U；第三象限内分布着竖直向下的匀强电场，场强大小为E。大量电荷量为、质量为m的粒子，某时刻起从第三象限不同位置连续以相同的初速度沿x轴正方向射入匀强电场。若粒子只能从坐标原点进入第一象限，其他粒子均被坐标轴上的物质吸收并导走而不影响原来的电场分布。不计粒子的重力及它们间的相互作用。下列说法正确的是( )
A.能进入第一象限的粒子，在匀强电场中的初始位置分布在一条直线上
B.到达坐标原点的粒子速度越大，射入第一象限的速度方向与y轴的夹角θ越大
C.能打到荧光屏的粒子，到达O点的动能必须大于
D.若，荧光屏第一象限内各处均有粒子到达而被完全点亮
10.如图所示，三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的粒子，从带电平行金属板左侧中央以相同的水平初速度先后垂直进入电场，分别落在正极板的三点，O点是正极板的左端点，且，则下列说法正确的是( )
A.三个粒子在电场中运动的时间之比
B.三个粒子在电场中运动的加速度之比
C.三个粒子从抛出到落到极板上，动能的变化量之比
D.两个分别带正、负电荷的粒子的电荷量之比为7:20
11.将一个质量为m，带电荷量为的微粒自A点以大小为的初速度垂直射入水平向右的匀强电场（如图所示），微粒运动到最高点B时速度变为，求：
（1）匀强电场的场强大小E；
（2）两点间电势差；
（3）微粒自A点至B点过程中速度的最小值。
12.如图所示，一个质量为、电荷量的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经电压为的加速电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中。金属板长，两板间距。
（1）微粒进入偏转电场时的速度是多大？
（2）若微粒射出电场时的偏转角度θ为30°，则两金属板间的电压是多大？
答案以及解析
1.答案：C
解析：粒子从进入电场到到达N板的过程中，板间的电场强度为，由动能定理得，解得，设带电粒子离开M板的最远距离为x，则若使初速度减为原来的，根据动能定理有，解得，故A错误；若电压提高到原来的4倍，则场强也变为原来的4倍，设带电粒子离开M板的最远距离为，根据动能定理有，解得，故B错误；同理，若电压提高到原来的2倍，则场强也变为原来的2倍，设带电粒子离开M板的最远距离为，根据动能定理有，解得，故C正确；若初速度减少一半，电压加倍，则场强加倍，设带电粒子离开M板的最远距离为，根据动能定理有，解得，故D错误。
2.答案：B
解析：电子通过加速电场有；在偏转电场中，电子在垂直于电场线的方向做匀速直线运动，由于要射出偏转电场区，则运动时间；电子在平行于电场线的方向做初速度为零的匀加速直线运动，加速度，末速度，偏转角的正切和d恒定，，故B正确。
3.答案：A
解析：带电粒子只受电场力作用，在平行板间做类平抛运动。设粒子由O到C的运动时间为t，粒子从C处射出，则有。设间的电压为U，则偏转电极间的匀强电场的场强，粒子所受电场力。根据牛顿第二定律得粒子沿电场方向的加速度。粒子在沿电场方向做匀加速直线运动，位移为。由匀加速直线运动的规律得。解得。选项A正确。
4.答案：B
解析：本题考查带电粒子在磁场中的运动与能量变化分析。设两粒子初动量均为，质子p和二价负离子n带电荷量分别为q和，则质子p在右侧磁场区域的半径，二价负离子n在右侧磁场区域的半径，根据动量和动能的关系可知，穿过铝板后质子p的动量变为，二价负离子n的动量变为，则质子p在左侧磁场区域的半径,二价负离子n在左侧磁场区域的半径，因两粒子第一次穿越铝板后恰好都垂直打在铝板左侧表面Q点，可知，解得，故B正确。
5.答案：D
解析：本题考查带电粒子在匀强电场中的运动。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，其速度方向与电场力方向垂直，则电场力沿y轴负方向，设与x轴的夹角为θ，则，由几何关系可知,联立可得，故A错误；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；粒子从A到C的过程，由动能定理有，联立可得匀强电场的场强大小为,故C错误；调节匀强电场的大小和方向使粒子恰好能沿方向到达B点，则粒子一定沿方向做匀减速直线运动，电场力沿方向，由动能定理有，则此状态下匀强电场的场强大小为,故D正确。
6.答案：C
解析：因为甲电子向右做匀减速直线运动，所以甲电子受到的电场力方向水平向左，又因负电荷所受的电场力方向与电场强度方向相反，所以电场线的方向水平向右，沿着电场线方向电势逐渐降低，所以A极板的电势高于B极板的电势，A选项错误；甲电子向右运动时，电场力做负功，其电势能逐渐增加，B选项错误；根据，可知当d变大时，两板间的场强不变，则甲、乙两电子在板间运动时的加速度相同，对于甲电子，由逆向思维可知，对于乙电子有，解得,C选项正确；根据，可知乙电子运动到O点时的速率，选项D错误。
7.答案：AD
解析：由题图乙所示电压图像知，当两板间所加的电压为时，两板间为匀强电场且场强大小为。电子在一个周期的时间内，第一个内做匀加速直线运动，第二个内做匀减速直线运动到速度为零，第三个内反向做匀加速直线运动，第四个内做匀减速直线运动，回到出发点，只有AD选项正确。
8.答案：AD
解析：带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，其在水平方向上做匀速直线运动，速度恒为，竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动。当粒子恰好从B点射出时，它的水平分速度与竖直分速度的大小之比为1:2，即此时竖直方向的分速度为，由匀变速直线运动的规律可知，竖直方向的平均速度为，且水平分运动和竖直分运动的运动时间相同，设为t，故，故B错误，A正确。若粒子初速度为，则粒子飞出电场所用的时间变为原来的一半。根据可知，粒子从电容器中飞出时距上极板的距离变为原来的，即，故C错误，D正确。
9.答案：CD
解析：能进入第一象限的粒子，必须有，所以有，则能进入第一象限的粒子，在匀强电场中的初始位置分布在一条抛物线上，选项A错误；因为，所以到达坐标原点的粒子速度越大，射入第一象限的速度方向与y轴的夹角θ越小，选项B错误；能打到荧光屏的粒子，就满足，选项C正确；若，则到达O点的粒子均能打到荧光屏上，而且到达O点的粒子的速度方向满足，故荧光屏第一象限内各处均有粒子到达而被完全点亮，选项D正确。
10.答案：ACD
解析：三个粒子的初速度相等，在水平方向上做匀速直线运动，由得，运动时间，故A正确；三个粒子在竖直方向上的位移y相等，根据，解得，故B错误；由牛顿第二定律可知，因为质量相等，所以合力之比与加速度之比相同，合力做功，由动能定理可知，动能的变化量等于合力做的功，所以，三个粒子从抛出到落到极板上，动能变化量之比为36:16:9，故C正确；三个粒子的合力大小关系为，三个粒子的重力相等，所以落在B点的粒子仅受重力作用，落在A点的粒子所受的电场力向下，落在C点的粒子所受的电场力向上，即落在B点的粒子不带电，落在A点的粒子带负电，落在C点的粒子带正电，由牛顿第二定律可得，解得，故D正确。
11.答案：（1）
（2）
（3）
解析：解：（1）若自A点至B点所用的时间为，粒子在水平方向加速度为a，则
竖直方向：
水平方向：
联立得
（2）若间竖直高度差为，则：
解得
（3）微粒速度与合力之间的夹角先为钝角，后为锐角，当二者垂直时，速度最小，若从A点到微粒速度最小时间为，速度最小时速度的水平分量为，竖直分量为，则：
，且
联立解得
解得
12.答案：（1）
（2）100 V
解析：（1）设带电微粒经加速电场加速后速度为，根据动能定理：
解得
（2）带电微粒在偏转电场中只受静电力作用，做类平抛运动。
水平方向有，得
设微粒在偏转电场中运动的加速度为a，射出电场时竖直方向的速度为，
则加速度
联立并代入数据，解得