1.9带电粒子在电场中的运动 同步课时作业-2021-2022学年高二上学期物理人教版选修3-1（word含答案）
文档属性
| 名称 | 1.9带电粒子在电场中的运动 同步课时作业-2021-2022学年高二上学期物理人教版选修3-1（word含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 514.5KB | ||
| 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 | 2021-08-02 18:06:13 | ||
图片预览
文档简介
1.9带电粒子在电场中的运动—2021-2022学年高二物理人教版选修3-1同步课时作业
1.如图所示，一质量为m、电荷量为的粒子以速度从连线上的P点水平向右射入大小为E、方向竖直向下的匀强电场中。已知与水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略，则粒子到达连线上的某点时( )
A.所用时间为 B.速度大小为
C.与P点的距离为 D.速度方向与竖直方向的夹角为30°
2.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.
3.如图所示，平行板电容器两极板水平放置，通过开关S保持与电源始终连接，两板间距离为d，一带电小球以某一初速度沿两板中央垂直电场方向射入两板间，沿直线（图中虚线）从右端飞出。若将下极板B下移，小球以相同的初速度从原位置射入恰好从B板的右边缘飞出，若现在仅将B板上移一点距离，小球恰好从上极板A右边缘飞出，则B板上移的距离为( )
A. B. C. D.
4.如图所示，A、B两带正电粒子质量之比为1:2，电荷量之比为1:4。两粒子在O上方同一位置沿垂直电场方向射入平行板电容器中，分别打在C、D两点，OC＝CD，忽略粒子重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是( )
A.A和B在电场中运动的时间之比为1: B.A和B运动的加速度大小之比为1:2
C.A和B的初速度大小之比为1:4 D.A和B的末速度大小之比为1:2
5.如图所示，空间内存在水平向左的匀强电场，不可伸长的轻绳一端固定在O点，一端固定一个质量为m、电荷量大小为q的带电小球，把轻绳拉至水平，将小球从与O点在同一水平线上的A点静止释放，小球恰好能到最低点B.已知绳长为L，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A.带电小球可能带正电
B.匀强电场的场强
C.小球从A到B的过程中，重力势能减小，动能增大，电势能增大
D.小球从A到B的过程中，速度最大值为
6.实验室中探测到电子在匀强电场中的运动轨迹为一条抛物线。为研究问题方便，建立如图所示的坐标系，该抛物线开口沿y轴负方向，a、b是抛物线上的两点。下列说法正确的是( )
A．匀强电场方向可能沿x轴正方向 B．匀强电场方向可能沿y轴负方向
C．匀强电场中a点的电势比b点高 D．电子在b点的动能比在a点的大
7.如图所示，平行板电容器的两极板A、B接于电池两极，一带负电小球悬挂在电容器内部．闭合开关S，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，则( )
A．保持开关S闭合，略向右移动A板，则θ减小
B．保持开关S闭合，略向右移动A板，则θ不变
C．断开开关S，略向上移动A板，则θ增大
D．断开开关S，略向上移动A板，则θ不变
8.CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于对多种病情的探测.图（a）是某种CT机主要部分的剖面图，其中X射线产生部分的示意图如图（b）所示.图（b）中之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X射线（如图中带箭头的虚线所示）,将电子束打到靶上的点记为P点.则( )
A．M处的电势高于N处的电势
B．增大之间的加速电压可使P点左移
C．偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D．增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移
9.如图甲所示，长为的两水平金属板组成一间距为d的平行板电容器，电容器的B板接地，A板电势φ随时间t的变化关系如图乙所示，其周期。P为靠近A板左侧的一粒子源，能够水平向右发射初速度为的相同带电粒子。已知时刻发射的粒子刚好能从B板右侧边缘离开电容器，则下列判断正确的是( )
A.时刻发射的粒子从B板右侧离开时的速度大小仍为
B.该粒子源发射的粒子的比荷为
C.时刻射入的粒子离开电容器时的电势能小于射入时的电势能
D.时刻发射的粒子经过的时间，其速度大小为
10.如图，质量为m、带电荷量为q的质子（不计重力）在匀强电场中运动，先后经过水平虚线上两点时的速度大小分别为，方向分别与成角斜向上、角斜向下。已知，则( )
A.电场方向与垂直 B.场强大小为
C.质子从A点运动到B点所用的时间为 D.质子的最小动能为
11.如图所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为L、场强为E的匀强电场，在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行的屏。现有一电荷量为、质量为m的带电粒子（重力不计），以垂直于电场线方向的初速度射入电场中，方向的延长线与屏的交点为O。试求：
（1）粒子从射入到打到屏上所用的时间；
（2）粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值；
（3）粒子打到屏上的点P到点O的距离x。
12.如图所示，一质量为m的带电液滴，在大小为E、方向竖直向上的匀强电场中处于静止状态，重力加速度为g，问:
（1）这个液滴带什么电？电荷量为多少？
（2）当场强的大小突然变为原来的一半，方向保持不变时，液滴向什么方向运动？其加速度大小为多少？
答案以及解析
1.答案：C
解析：粒子在电场中做类平抛运动，从P点到再次落到连线上，水平位移等于竖直位移，即，解得，故A选项错误；竖直速度，合速度，故B选项错误；水平位移，竖直位移，故合位移大小，故C选项正确；设速度方向与竖直方向的夹角为θ，则，即，故D选项错误。
2.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。
3.答案：C
解析：小球沿直线运动时：，B板下移时，；，当B板上移一点距离h时：，两次带电小球运动时间相等，由以上式子 解得：，C 选项正确。答案：C。
4.答案：B
解析：质量之比为1：2，电荷量之比为1：4．所以比荷之比为1：2。粒子在竖直方向做静止开始的匀加速运动且位移相等，,可知运动时间之比为，A错；，加速度与比荷成正比，所以加速度之比为1:2，B对；，而位移之比为1:2，时间之比为，所以初速度之比为,C错;，所以末速度之比为，D错。
5.答案：D
解析：小球恰好能到最低点B，即在B点时速度为零，则小球一定受到水平向右的电场力，即小球一定带负电，A错误；从A到B的过程中，由动能定理可知，解得,B错误；小球从A到B的过程中，重力势能减小，电势能增大，速度从零开始增大，再减小到零，即动能先增大后减小，C错误；小球从A到B的过程中，合外力与速度相互垂直时，速度具有最大值，即绳子与水平方向的夹角为45°时，由动能定理可知，解得,D正确.
6.答案：C
解析：A、电子在电场中做曲线运动，所受电场力应指向轨迹的内侧，若匀强电场方向沿x轴正方向，电子所受的电场力沿x轴负方向，在轨迹左侧电场力指向轨迹外侧，不可能，故A错误；B、若匀强电场方向可能沿y轴负方向，电子所受的电场力沿y轴正方向，电场力指向轨迹外侧，不可能，故B错误；CD、抛物线开口向下，从a点到b点电子一定做减速运动，动能减小，电势能增大，结合负电荷在电势高处电势能小，可知匀强电场中a点的电势比b点高，电子在b点的动能比在a点的小，故C正确，D错误；故选：C。
7.答案：C
解析：AB．保持开关S闭合，电容器两端间的电势差不变，带负电的A板向右移动，极板间距离减小，电场强度E增大，小球所受的电场力变大，θ增大．故A错误，B错误．
CD．断开开关S，电容器所带的电量不变，根据，U=Q/C得，知略向上移动A板，则S减小，E变大，电场力变大，则θ增大，故C正确，D错误．
故选C.
8.答案：D
解析：本题结合CT扫描机考查带电粒子的加速、偏转问题.电子束在之间需要加速,故N处的电势高于M处的电势,A错误;若增大之间的加速电压,会使得电子获得的速度变大,电子在磁场中偏转,洛伦兹力提供向心力,有,可得电子的偏转轨迹半径,则电子在磁场中运动轨迹的半径变大,电子出磁场时偏转角减小,P点向右移,B错误;电子进入磁场中向下偏转,由左手定则可知,偏转磁场的方向垂直于纸面向里,故C错误;根据可知，偏转磁场的磁感应强度越大,电子的运动轨迹半径越小,在偏转磁场中偏转越明显,P点向左移,故D正确.
9.答案：ABD
解析：由于粒子在电场中的运动时间为，所以粒子离开电容器时，刚好在电容器中运动了2个周期，由对称性可知，粒子在竖直方向上的分速度为零，故粒子离开电容器时，其速度等于水平速度，选项A正确；在2个周期内，粒子在竖直方向上运动的距离为d，由匀变速直线运动的规律可得，又因为，，可解得，选项B正确；由对称性可知，时刻从粒子源射出的粒子，刚好从A板右侧下方离开，且与粒子源在同一直线上，所以其电势能不变，选项C错误；时刻发射的粒子经过的时间，粒子在竖直方向的分速度为，故此时粒子的速度大小为，选项D正确。
10.答案：BC
解析：质子在匀强电场中做抛体运动，在与电场方向垂直的方向上分速度相等，设与电场线的夹角为?β，如图所示，结合与方向垂直有，解得，电场方向不与垂直，A错误；根据动能定理有，解得，B正确；由图中关系可知，质子从A点运动到B点所用的时间，C正确；质子沿电场线方向的分速度为零时动能最小，质子的最小动能为，D错误。
11.答案：（1）
（2）
（3）
解析：（1）根据题意，粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动，
则粒子从射入到打到屏上所用的时间。
（2）粒子在全过程中的运动情况如图所示。
设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为，由牛顿第二定律得粒子在电场中的加速度
，设粒子在电场中运动的时间为，则
所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值为
。
（3）如（2）中图所示，设粒子在电场中的偏转距离为y，则
又，解得。
12.答案：（1）正电；
（2）竖直向下运动；
解析：（1）因为液滴受重力和静电力而平衡，所以静电力方向向上，则液滴带正电。
由平衡条件有
解得。
（2）当场强大小变为原来的一半，方向保持不变时，竖直向上的静电力减小，故液滴竖直向下运动。
取向下为正方向，由牛顿第二定律有
解得。
1.如图所示，一质量为m、电荷量为的粒子以速度从连线上的P点水平向右射入大小为E、方向竖直向下的匀强电场中。已知与水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略，则粒子到达连线上的某点时( )
A.所用时间为 B.速度大小为
C.与P点的距离为 D.速度方向与竖直方向的夹角为30°
2.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.
3.如图所示，平行板电容器两极板水平放置，通过开关S保持与电源始终连接，两板间距离为d，一带电小球以某一初速度沿两板中央垂直电场方向射入两板间，沿直线（图中虚线）从右端飞出。若将下极板B下移，小球以相同的初速度从原位置射入恰好从B板的右边缘飞出，若现在仅将B板上移一点距离，小球恰好从上极板A右边缘飞出，则B板上移的距离为( )
A. B. C. D.
4.如图所示，A、B两带正电粒子质量之比为1:2，电荷量之比为1:4。两粒子在O上方同一位置沿垂直电场方向射入平行板电容器中，分别打在C、D两点，OC＝CD，忽略粒子重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是( )
A.A和B在电场中运动的时间之比为1: B.A和B运动的加速度大小之比为1:2
C.A和B的初速度大小之比为1:4 D.A和B的末速度大小之比为1:2
5.如图所示，空间内存在水平向左的匀强电场，不可伸长的轻绳一端固定在O点，一端固定一个质量为m、电荷量大小为q的带电小球，把轻绳拉至水平，将小球从与O点在同一水平线上的A点静止释放，小球恰好能到最低点B.已知绳长为L，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A.带电小球可能带正电
B.匀强电场的场强
C.小球从A到B的过程中，重力势能减小，动能增大，电势能增大
D.小球从A到B的过程中，速度最大值为
6.实验室中探测到电子在匀强电场中的运动轨迹为一条抛物线。为研究问题方便，建立如图所示的坐标系，该抛物线开口沿y轴负方向，a、b是抛物线上的两点。下列说法正确的是( )
A．匀强电场方向可能沿x轴正方向 B．匀强电场方向可能沿y轴负方向
C．匀强电场中a点的电势比b点高 D．电子在b点的动能比在a点的大
7.如图所示，平行板电容器的两极板A、B接于电池两极，一带负电小球悬挂在电容器内部．闭合开关S，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，则( )
A．保持开关S闭合，略向右移动A板，则θ减小
B．保持开关S闭合，略向右移动A板，则θ不变
C．断开开关S，略向上移动A板，则θ增大
D．断开开关S，略向上移动A板，则θ不变
8.CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于对多种病情的探测.图（a）是某种CT机主要部分的剖面图，其中X射线产生部分的示意图如图（b）所示.图（b）中之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X射线（如图中带箭头的虚线所示）,将电子束打到靶上的点记为P点.则( )
A．M处的电势高于N处的电势
B．增大之间的加速电压可使P点左移
C．偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D．增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移
9.如图甲所示，长为的两水平金属板组成一间距为d的平行板电容器，电容器的B板接地，A板电势φ随时间t的变化关系如图乙所示，其周期。P为靠近A板左侧的一粒子源，能够水平向右发射初速度为的相同带电粒子。已知时刻发射的粒子刚好能从B板右侧边缘离开电容器，则下列判断正确的是( )
A.时刻发射的粒子从B板右侧离开时的速度大小仍为
B.该粒子源发射的粒子的比荷为
C.时刻射入的粒子离开电容器时的电势能小于射入时的电势能
D.时刻发射的粒子经过的时间，其速度大小为
10.如图，质量为m、带电荷量为q的质子（不计重力）在匀强电场中运动，先后经过水平虚线上两点时的速度大小分别为，方向分别与成角斜向上、角斜向下。已知，则( )
A.电场方向与垂直 B.场强大小为
C.质子从A点运动到B点所用的时间为 D.质子的最小动能为
11.如图所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为L、场强为E的匀强电场，在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行的屏。现有一电荷量为、质量为m的带电粒子（重力不计），以垂直于电场线方向的初速度射入电场中，方向的延长线与屏的交点为O。试求：
（1）粒子从射入到打到屏上所用的时间；
（2）粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值；
（3）粒子打到屏上的点P到点O的距离x。
12.如图所示，一质量为m的带电液滴，在大小为E、方向竖直向上的匀强电场中处于静止状态，重力加速度为g，问:
（1）这个液滴带什么电？电荷量为多少？
（2）当场强的大小突然变为原来的一半，方向保持不变时，液滴向什么方向运动？其加速度大小为多少？
答案以及解析
1.答案：C
解析：粒子在电场中做类平抛运动，从P点到再次落到连线上，水平位移等于竖直位移，即，解得，故A选项错误；竖直速度，合速度，故B选项错误；水平位移，竖直位移，故合位移大小，故C选项正确；设速度方向与竖直方向的夹角为θ，则，即，故D选项错误。
2.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。
3.答案：C
解析：小球沿直线运动时：，B板下移时，；，当B板上移一点距离h时：，两次带电小球运动时间相等，由以上式子 解得：，C 选项正确。答案：C。
4.答案：B
解析：质量之比为1：2，电荷量之比为1：4．所以比荷之比为1：2。粒子在竖直方向做静止开始的匀加速运动且位移相等，,可知运动时间之比为，A错；，加速度与比荷成正比，所以加速度之比为1:2，B对；，而位移之比为1:2，时间之比为，所以初速度之比为,C错;，所以末速度之比为，D错。
5.答案：D
解析：小球恰好能到最低点B，即在B点时速度为零，则小球一定受到水平向右的电场力，即小球一定带负电，A错误；从A到B的过程中，由动能定理可知，解得,B错误；小球从A到B的过程中，重力势能减小，电势能增大，速度从零开始增大，再减小到零，即动能先增大后减小，C错误；小球从A到B的过程中，合外力与速度相互垂直时，速度具有最大值，即绳子与水平方向的夹角为45°时，由动能定理可知，解得,D正确.
6.答案：C
解析：A、电子在电场中做曲线运动，所受电场力应指向轨迹的内侧，若匀强电场方向沿x轴正方向，电子所受的电场力沿x轴负方向，在轨迹左侧电场力指向轨迹外侧，不可能，故A错误；B、若匀强电场方向可能沿y轴负方向，电子所受的电场力沿y轴正方向，电场力指向轨迹外侧，不可能，故B错误；CD、抛物线开口向下，从a点到b点电子一定做减速运动，动能减小，电势能增大，结合负电荷在电势高处电势能小，可知匀强电场中a点的电势比b点高，电子在b点的动能比在a点的小，故C正确，D错误；故选：C。
7.答案：C
解析：AB．保持开关S闭合，电容器两端间的电势差不变，带负电的A板向右移动，极板间距离减小，电场强度E增大，小球所受的电场力变大，θ增大．故A错误，B错误．
CD．断开开关S，电容器所带的电量不变，根据，U=Q/C得，知略向上移动A板，则S减小，E变大，电场力变大，则θ增大，故C正确，D错误．
故选C.
8.答案：D
解析：本题结合CT扫描机考查带电粒子的加速、偏转问题.电子束在之间需要加速,故N处的电势高于M处的电势,A错误;若增大之间的加速电压,会使得电子获得的速度变大,电子在磁场中偏转,洛伦兹力提供向心力,有,可得电子的偏转轨迹半径,则电子在磁场中运动轨迹的半径变大,电子出磁场时偏转角减小,P点向右移,B错误;电子进入磁场中向下偏转,由左手定则可知,偏转磁场的方向垂直于纸面向里,故C错误;根据可知，偏转磁场的磁感应强度越大,电子的运动轨迹半径越小,在偏转磁场中偏转越明显,P点向左移,故D正确.
9.答案：ABD
解析：由于粒子在电场中的运动时间为，所以粒子离开电容器时，刚好在电容器中运动了2个周期，由对称性可知，粒子在竖直方向上的分速度为零，故粒子离开电容器时，其速度等于水平速度，选项A正确；在2个周期内，粒子在竖直方向上运动的距离为d，由匀变速直线运动的规律可得，又因为，，可解得，选项B正确；由对称性可知，时刻从粒子源射出的粒子，刚好从A板右侧下方离开，且与粒子源在同一直线上，所以其电势能不变，选项C错误；时刻发射的粒子经过的时间，粒子在竖直方向的分速度为，故此时粒子的速度大小为，选项D正确。
10.答案：BC
解析：质子在匀强电场中做抛体运动，在与电场方向垂直的方向上分速度相等，设与电场线的夹角为?β，如图所示，结合与方向垂直有，解得，电场方向不与垂直，A错误；根据动能定理有，解得，B正确；由图中关系可知，质子从A点运动到B点所用的时间，C正确；质子沿电场线方向的分速度为零时动能最小，质子的最小动能为，D错误。
11.答案：（1）
（2）
（3）
解析：（1）根据题意，粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动，
则粒子从射入到打到屏上所用的时间。
（2）粒子在全过程中的运动情况如图所示。
设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为，由牛顿第二定律得粒子在电场中的加速度
，设粒子在电场中运动的时间为，则
所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值为
。
（3）如（2）中图所示，设粒子在电场中的偏转距离为y，则
又，解得。
12.答案：（1）正电；
（2）竖直向下运动；
解析：（1）因为液滴受重力和静电力而平衡，所以静电力方向向上，则液滴带正电。
由平衡条件有
解得。
（2）当场强大小变为原来的一半，方向保持不变时，竖直向上的静电力减小，故液滴竖直向下运动。
取向下为正方向，由牛顿第二定律有
解得。