10.5 带电粒子在电场中的运动 同步练习-2020-2021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 同步练习—2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册
姓名：__________ 班级：__________考号：__________
一、选择题（共14题）
1、下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后速度最大的是(　　)
A．质子? ? ??B．氘核??? C．α粒子? ??? D．钠离子Na＋
2、带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时（除电场力外不计其它力的作用）
A．电势能增加，动能增加??? B．电势能减小，动能增加
C．电势能和动能都不变?? D．上述结论都不正确
3、原来都是静止的质子和α粒子，经过同一电压的加速电场后，它们的速度大小之比为（　　）
A．：2 B．1：2 C．：1 D．1：1
4、如图，P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附近由静止释放一负粒子，不计重力．关于粒子到达Q板时的速率，下列说法正确的是
A．两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大
B．两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大
C．与两板间距离无关，仅与加速电压U有关
D．以上说法都不正确
5、如右图所示，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(负极板不动，正极板上下移动)（? ）
A．2倍? ?? B．4倍
C．0.5倍? ?? D．0.25倍
6、图示为一带电粒子在水平向右的匀强电场中运动的一段轨迹，A、B为轨迹上的两点．已知该粒子质量为m、电荷量为q，其在A点的速度大小为vo，方向竖直向上，到B点时速度方向与水平方向的夹角为30°，粒子重力不计．则A、B两点间的电势差为
A．??????? B．????? C．?????? D．
7、如图所示，平行金属板A、B间加速电压为U1，C、D间的偏转电压为U2，M为荧光屏。今有不计重力的一价氢离子（H+）和二价氦离子（He2+）的混合体，从A板由静止开始经加速和偏转后，打在荧光屏上，则它们（? ）
A．同时到达屏上同一点??? B．先后到达屏上同一点
C．同时到达屏上不同点??? D．先后到达屏上不同点
8、A、B两金属板平行放置，在t=0时将电子从A板附近由静止释放，则在A、B两板间加上下列哪个电压时，有可能使电子到不了B板（　　）
A． B． C．? D．
9、带有等量异种电荷的两块等大的平行金属板M、N水平正对放置．两板间有一带电微粒以速度υ0沿直线运动，当微粒运动到P点时，将M板迅速向上平移一小段距离后，则此后微粒的可能运动情况是（??? ）???
A．沿轨迹①运动 B．沿轨迹②运动
C．沿轨迹③运动??? D．沿轨迹④运动
10、在真空中上、下两个区域均有竖直向下的匀强电场，其电场线分布如图所示．有一带负电的微粒，从上边区域沿平行电场线方向以速度v0匀速下落，并进入下边区域(该区域的电场足够广)，在如图所示的速度—时间图象中，符合粒子在电场内运动情况的是(以v0方向为正方向)(??? )
11、三个不计重力的完全相同的带正电荷的粒子在同一地点沿同一方向水平飞入两水平板间的偏离电场，出现了如图所示的轨迹，则下列叙述错误的是（　　）
A．在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．动能的增加值c最小，a和b一样大
12、如图所示，水平向右的匀强电场中，一带电粒子从A点以竖直向上的初速度开始运动，经最高点B后回到与A在同一水平线上的C点，粒子从A到B过程中克服重力做功2.0 J，电场力做功3.0 J，则
A．粒子做匀变速曲线运动 B．粒子在B点速度为零
C．粒子在C点的机械能比在A点多12.0 J D．粒子在C点的动能为14.0 J
13、 如图所示，质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P从两极板正中央射入，Q从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上板的过程中(　　)
A．它们运动的时间tQ>tP B．它们运动的加速度aQC．它们所带的电荷量之比qP∶qQ＝1∶2
D．它们的动能增加之比ΔEkP∶ΔEkQ＝1∶2
14、 如图(甲)所示,两个平行金属板P?Q正对竖直放置,两板间加上如图(乙)所示的交变电压.t=0时,Q板比P板电势高U0,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0-4t0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增大的时间是(?? )
A．0二、填空题（共4题）
1、如图所示，两个平行放置的金属板与电源相连，两板的带电量为Q，一个带电粒子从P点以某一水平初速进入电场，离开电场时的动能为Ek。保持电源电压不变，只将上板向上移到图中虚线位置，两板的电量为Q’，带电粒子离开电场时的动能为Ek’。不计重力，电场只局限于两金属板之间，则
（1）Ek’ ______Ek
（2）Q’ ______Q（选用大于、小于、等于填入）
2、如图所示平行金属板A、B之间有匀强电场，A、B间电压为600V，A板带正电并接地，A、B两板间距为12cm，C点离A板4cm．则C点的电势为???? 　V．若将一电子从无穷远处移到C点，电场力做功　?? 　J．（e=1.60×10﹣19 C）
3、若质子（）和氦核（He）以相同的速度垂直进入同一偏转电场，出电场时，它们的偏转角的正切之比tanΦH：tanΦa=　??? ，若它们从静止开始经同一加速电场加速后，垂直进入同一偏转电场，出电场时，偏转角正切之比tanΦ′H：tanΦ′a=　?? 　．
4、如图所示，匀强电场分布在正方形ABCD区域内，M、N分别为AB边和BC边的中点。一个具有初动能E0的带电粒子射入电场（沿纸面运动）。如果带电粒子从M点垂直于电场方向进入电场后，恰好从D点离开电场。带电粒子从D点离开电场时的动能为________；如果带电粒子从N点垂直于BC边方向射入电场，它离开电场时的动能为__________。
三、计算题（共4题）
1、 如图所示，电荷量均为＋q、质量分别为m、2m的小球A和B，中间连接质量不计的绝缘细绳，在竖直方向的匀强电场中以速度v0匀速上升，某时刻细绳断开，若忽略A、B间的静电力，求：
(1)电场的场强。
(2)当B球速度为零时，A球的速度大小。
2、 如图所示，一个电子由静止开始经加速电场加速后，又沿中心轴线从O点垂直射入偏转电场，并从另一侧射出打到荧光屏上的P点，O′点为荧光屏的中心．已知电子质量m＝9.0×10－31kg，电荷量大小e＝1.6×10－19C，加速电场电压U0＝2 500 V，偏转电场电压U＝200 V，极板的长度L1＝6.0 cm，板间距离d＝2.0 cm，极板的末端到荧光屏的距离L2＝3.0 cm(忽略电子所受重力，结果保留两位有效数字)．求：
(1)电子射入偏转电场时的初速度v0；
(2)电子打在荧光屏上的P点到O′点的距离h；
(3)电子经过偏转电场过程中电势能的增加量．
3、如图所示，质量为m、电荷量为e的电子，从A点以速度v0垂直于电场方向射入一个电场强度为E的匀强电场中，从B点射出电场时的速度方向与电场线成120°角，电子重力不计。求：
(1)电子在电场中的加速度大小a及电子在B点的速度大小vB；
(2)A、B两点间的电势差UAB；
(3)电子从A运动到B的时间tAB。
4、两块水平平行放置的导体板如图 (甲)所示，大量电子（质量m、电量e）由静止开始，经电压为U0的电场加速后，连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入两板之间．当两板均不带电时，这些电子通过两板之间的时间为3t0；当在两板间加如图 (乙)所示的周期为2t0，幅值恒为U0的周期性电压时，恰好能使所有电子均从两板间通过．问：
⑴这些电子通过两板之间后，侧向位移（沿垂直于两板方向上的位移）的最大值和最小值分别是多少？
⑵侧向位移分别为最大值和最小值的情况下，电子在刚穿出两板之间时的动能之比为多少？
============参考答案============
一、选择题
1、 A
2、 B
3、 C．
4、 C
5、 C
6、 C
【分析】
分析可知，该带电粒子在电场中做类平抛运动，在B点将速度分解，找到B点速度和分速度的关系，求出B点速度；从A到B根据动能定理，即可求解A、B两点电势差．
【详解】
根据题意，在B点，
，
从A到B根据动能定理得：
故选C．
7、 B
8、 B
9、 B
10、 C
11、 B
12、 ACD
【分析】
水平受Eq向右，一直做初速度为0的匀加速直线运动，竖直受mg向下，做竖直上抛运动，互不影响．抓住竖直上升到最高点的时间等于从最高点落回抛出高度的时间．结合水平位移关系求出整个过程中电场力做功的大小．从而通过动能定理求出物体折回通过与A点在同一水平线上的C点时的动能大小，电场力做功与电势能的关系，求电势能；除重力做功外，其他力做功对应机械能的变化．
【详解】
A项：由于粒子受重力，恒定的电场力作用力，所以粒子的加速度恒定，故粒子做匀变速曲线运动，故A正确；
B项：从A到B粒子在竖直方向上做匀减速运动，水平方向做匀加速运动，B为最高点，所以粒子在B点的竖直方向速度为零，水平方向速度不为零，故B错误；
C、D项：竖直方向：粒子做竖直上抛运动，则运动时间
水平方向：粒子做初速度为零的匀加速直线运动
水平位移：
上升的过程电场力做功：W1=qEx1
最高点时，竖直方向的速度为0，故小球的动能与电场力做的功相等，即：W1=3J
下降的过程中，竖直方向做自由落体运动，与竖直上抛是对称的所以下降的时间：t2=t1
水平方向的总位移：
全过程中电场力做功：W2=qEx2=4qEx1=4W1=12J
全过程中，重力做功为0，根据动能定理：W2=EK末-EK初
所以：EK末=EK初+W2=2+12=14J
除重力做功外，其他力做功对应机械能的变化，所以粒子在A点的机械能比在C点少12.0J
故C，D正确．
【点睛】
解决本题的关键知道小球在竖直方向和水平方向上的运动规律，结合等时性进行求解，注意不一定求动能就把速度求出来，有时只需要知道速度之比即可，难度适中．
13、 C
14、 C
二、填空题
1、 小于，小于
2、 ?﹣200；﹣3.2×10﹣17．
3、 2：1，1：1．
4、 ?????
三、计算题
1、 设向上为矢量正方向
（1）对于整体，AB做匀速直线运动，，
（2）绳子断开之后，对B有，
，
，
。
对A有，
,
2、 (1) v0＝3.0×107m/s.(2) h＝7.2×10－3m. (3) ΔE＝－W＝－5.8×10－18J.
【解析】
【分析】
（1）电子在加速电场中，根据动能定理即可求出进入偏转电场的速度；
（2）粒子在偏转电场中做类平抛运动，根据类平抛运动规律可求出粒子在偏转电场中产生的侧位移；粒子从偏转电场飞出至荧光屏这一过程，做的是匀速直线运动，根据几何关系即可求h；
（3）根据W=eEy即可求出电子经过偏转电场过程中电场力对它所做的功．
【详解】(1) 电场中加速有eU0＝mv02
解得v0＝，代入数据解得v0＝3.0×107m/s.
(2) 设电子在偏转电场中运动的时间为t，电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量为y.
电子在水平方向做匀速直线运动，L1＝v0t
电子在竖直方向上做匀加速运动，y＝at2
根据牛顿第二定律有＝ma
解得y＝＝3.6×10－3m＝0.36cm
电子离开偏转电场时速度的反向延长线过偏转电场的中点，
由图知
解得h＝7.2×10－3m.
(3) 电子在偏转电场运动的过程中电场力对它做的功
W＝eEy＝ey＝5.8×10－18J
ΔE＝－W＝－5.8×10－18J.
【点睛】对于带电粒子在电场中的运动问题，关键是注意区分不同的物理过程，弄清在不同的物理过程中物体的受力情况及运动性质，并选用相应的物理规律．在解决问题时，主要可以从两条线索展开：
其一，力和运动的关系．根据带电粒子受力情况，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度位移等．这条线索通常适用于在恒力作用下做匀变速运动的情况．
其二，功和能的关系．根据电场力对带电粒子做功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理研究全过程中能的转化，研究带电粒子的速度变化、位移等．这条线索不但适用于匀强电场，也适用于非匀强电场．
3、【解析】(1)电子在电场中受电场力作用，根据牛顿第二定律可得a= ??? ①
将电子在B点的速度分解(如图)可知
vB==v0 ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ②
(2)由动能定理可知：-eUAB=m-m??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ③
解②③式得UAB=-。
(3)设电子在B点沿电场方向的速度大小为vy，则有：vy=v0tan 30° ??? ??? ④
vy=atAB??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ⑤
解①④⑤式得：tAB=。
4、【解析】
画出电子在t=0时和t=t0时进入电场的v–t图象进行分析