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

2021-2022人教版（2019）高二物理必修三
10.5带电粒子在电场中的运动
一、单选题
1．如图所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，实线为一带正电的粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、M为这轨迹上的两个点，由此可知（　　）
A．三个等势面中，a电势最高 B．粒子在P点比在M点时加速度大
C．粒子在M点比在P点时动能小 D．粒子在P点比在M点时的电势能大
2．匀强电场的电场强度E随时间t变化的图象如图所示，当t＝0时，在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子（带正电），设带电粒子只受电场力的作用，则下列说法中正确的是（　　）
A．带电粒子将始终向同一个方向运动
B．2s末带电粒子回到原出发点
C．3s末带电粒子的速度不为零
D．0～3s内，电场力做的总功为零
3．如图所示，虚线A、B、C为某电场中的三条电场线，实线为一带正电粒子仅在电场力作用下运动的轨迹，P、Q为轨迹与电场线A、C的交点，则下列说法正确的是（　　）
A．P点电势比Q点电势高
B．粒子在P点的加速度大于在Q点的加速度
C．粒子在P点的动能大于Q点动能
D．粒子在P点电势能小于粒子在Q点电势能
4．如图甲，两平行金属板M、N竖直放置；乙图为两板间电势差随时间的变化规律，0时刻在两板的正中央点由静止释放一个电子，电子在电场力作用下运动，取向右为运动正方向，假设电子未与两板相碰。下面的图象能反映电子运动情况的是（　　）
B．
C． D．
5．电场中某区域的电场线分布如图所示，、是电场中的两点，下列说法正确的是（　　）
A．点没有电场线，电荷在点不受静电力作用
B．同一点电荷在点受到的静电力比在点时受到的静电力小
C．置于点的正点电荷所受静电力方向沿电场线切线方向斜向下
D．将一正点电荷从点由静止释放，其运动轨迹将与电场线重合
6．如图所示，四个质量均为、带电荷量均为的微粒、、、距离地面的高度相同，以相同的水平速度被抛出，除了微粒没有经过电场外，其他三个微粒均经过电场强度大小为的匀强电场（），这四个微粒从被抛出到落地所用的时间分别是、、、，不计空气阻力，则（　　）
A． B．
C． D．
7．一个光滑绝缘的斜面固定在水平面上，并处于沿平行于斜面向上的匀强电场中，一个带+q的物块以初速度v0从斜面底端冲上斜面，上滑位移x0时速度恰好为零。取斜面底端所在处的高度和电势均为零，下列描述物块的机械能E机、电场力功率P、电势能Ep电、动能Ek随时间t或位移x变化的图像中，正确的是（　　）
A． B．
C． D．
8．一带负电的粒子仅在电场力作用下从O点开始沿x轴正方向运动，O、a、b是x轴上的三个点，O和b关于点a对称，从O到b该电场的电势φ随位移x变化的关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．a点电场强度为零
B．O、a间场强方向与a、b间场强方向相反
C．从O到b整个运动过程中，粒子经过a点时速度最大
D．从O到b整个运动过程中，粒子做匀加速直线运动
9．如图所示，光滑绝缘水平面上有两个带异种电荷的小球A、B，它们一起在水平向右的匀强电场中向右做匀速运动，且始终保持相对静止．设小球A带电荷量大小为QA，小球B带电荷量大小为QB，则下列判断正确的是（　　）
A．小球A带正电，小球B带负电，且QA=QB
B．小球A带正电，小球B带负电，且QAC．小球A带负电，小球B带正电，且QA=QB
D．小球A带负电，小球B带正电，且QA二、多选题
10．如图所示，两个带等量正电荷的小球A、B（可视为点电荷）被固定在光滑绝缘水平面上。P、N是小球A、B连线的垂直平分线上的点，且PO=ON。现将一个电荷量很小的带负电的小球C（可视为质点）从P点由静止释放，在小球C向N点运动的过程中，关于小球C的速度图像中，一定不正确的是（　　）
A． B．
C． D．
11．如图所示，P是固定的点电荷，虚线是以P为圆心的两个圆。带电粒子在P的电场中运动，运动轨迹与两圆在同一平面内，a、b、c为轨迹上的三个点。若带电粒子只受P的电场力作用，则下列说法正确的是（　　）
A．带电粒子与点电荷P的电性相同
B．带电粒子在b点的动能大于它在a点的动能
C．带电粒子在b点的电势能大于它在a点的电势能
D．带电粒子在b点的加速度小于它在a点的加速度
12．如图甲所示，、、为一条电场线上的三个点，已知。一正电荷从点由静止释放，仅在电场力作用下沿直线经点向点运动，该电荷运动过程中动能随移动距离的变化规律如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　）
A．该电场可能是匀强电场
B．点的电势高于点电势
C．该电荷在点的电势能大于在点电势能
D．在段与在段电场力对该电荷做的功相等
三、解答题
13．一质量、电荷量的小球，用绝缘细线系在天花板上，置于水平方向匀强电场中，小球静止时细线与竖直方向的夹角，g取，如图所示（，）。
（1）求电场强度的大小；
（2）若烧断细线，小球加速运动时间内，小球的机械能改变了多少？
14．如图所示，长为L的平行金属板水平放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场，一个电荷量为+q、质量为m的带电粒子，以水平初速度紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从下极板边缘射出，射出时速度恰与水平方向成30°角，速度大小为v，不计粒子重力。求：
（1）粒子进入电场时初速度v0的大小；
（2）匀强电场的场强E的大小。
15．在边长为L的正方形ABCD区域存在匀强电场，方向如图，与AD边平行。质量为m，电量为e的电子，从CD中点以速度v0平行电场线射入电场，并从AB边射出电场，射出电场时的速度大小为。不考虑电子的重力。
（1）求该电场的场强E的大小；
（2）若将电子以速度v0垂直AD边从某处射入电场，且电子恰从B点射出电场，求其射入点距A点的距离。
16．如图所示，匀强电场的电场强度E=3.0×104N/C，沿电场线方向有A、B两点，A、B两点间的距离s=0.10m。将电荷量q=+2.0×10-8C的点电荷从A点移至B点，求：
（1）电荷所受电场力F的大小 ？
（2）电荷从A点移至B点的过程中，电场力所做的功？
参考答案
1．C
【详解】
CD．粒子在电场中，所受电场力与等势面垂直且指向轨迹凹侧，故受力如图所示，设粒子从M运动到P，F与v夹角小于90°，电场力做正功，故动能增大，电势能减小，C正确，D错误；
A．由于粒子带正电，故场强方向与电场力F方向相同，沿场强方向，电势降低，故三个等势面中，a电势最低，A错误；
B．等差等势面越密的地方场强越大，加速度越大，故粒子在P点比在M点时加速度小，B错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．由牛顿第二定律可知，带电粒子在第1s内的加速度为
第2s内加速度为
故
a2=2a1
因此先加速1s再减小0.5s时速度为零，接下来的0.5s将反向加速，v-t图象如图所示：
带电粒子在前1秒匀加速运动，在第二秒内先做匀减速后反向加速，所以不是始终向一方向运动，故A错误；
B．根据速度时间图象与坐标轴围成的面积表示位移可知，在t=2s时，带电粒子没有回到出发点，故B错误；
C．由解析中的图可知，粒子在第1s内做匀加速运动，第2s内做匀减速运动，3s末的瞬时速度刚减到0，故C正确；
D．因为第3s末粒子的速度刚好减为0，根据动能定理可知，0～3s内，电场力做的总功为零，故D正确。
故选D。
3．A
【详解】
A．根据电场力与电场线相切且指向轨迹凹侧可知粒子所受电场力F的方向如图所示，由于粒子带正电，故场强方向与电场力的方向一致，沿电场线方向，电势降低，故P点电势比Q点电势高，A正确；
B．P点电场线比Q点电场线稀疏，故P点场强更小，带正电粒子所受电场力更小，加速度更小，B错误；
CD．从P点到Q点的过程电场力的方向与运动方向夹角小于90°，电场力做正功，动能增大，电势能减小，故粒子在P点的动能小于Q点动能，粒子在P点电势能大于粒子在Q点电势能，CD错误。
故选A。
4．D
【详解】
0-t1时间内，，场强水平向左，电子受到的电场力水平向右，电子向右做初速度为零的匀加速直线运动，t1-t2时间内，，场强水平向右，电子受到的电场力水平向左，电子向右做匀减速直线运动，由对称性可知，t2时刻速度恰好减小为零，对比图象可知，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A．电场线是为了描述电场而假想的曲线，B点有电场线，只是没有画出来而已，所以电荷在B点受到电场力的作用，故A错误；
B．因为A点的电场线比B点的电场线密，则A点的场强比B点的场强大，同一点电荷在A点受到的静电力比在B点时受到的静电力大，故B错误；
C．把一个正电荷放在A点，所受静电力方向与该点场强方向相同，即沿A点电场线切线方向斜向下，故C正确；
D．正电荷放在A点由静止释放，该电荷所受的电场力是变力，与电场线相切，根据物体做曲线运动的条件知该电荷不能沿电场线运动，即电场线不是它的运动轨迹，故D错误。
故选C。
6．D
【详解】
设四个微粒抛出时距地面的高度为h，微粒、在竖直方向均做自由落体运动，由
可得落地时间为
微粒受电场力向下，做类平抛运动，微粒受电场力向上，但由于重力较大，仍做类平抛运动，由牛顿第二定律分别可得
类比微粒a可得，落地时间分别为
对比可得
故选D。
7．D
【详解】
A．物块的机械能变化量等于电场力做功，因电场力做正功，则物块的机械能增加，则选项A错误；
B．电场力的功率为

物块向上做匀减速运动，则P-t图像应该是直线，选项B错误；
C．物块向上运动，电场力做正功，电势能减小，则选项C错误；
D．根据动能定理
即
因向上做减速运动，则
即图像是斜率为负值的直线，选项D正确。
故选D。
8．D
【详解】
A．根据电场强度与电势差的关系U＝Ed可知，φ-x图像的斜率表示电场强度E，a点电势为零，但a点的电场强度不为零，A错误；
B．O、a间图像斜率与a、b间图像斜率相同，则O、a间与a、b间场强大小、方向均相同，B错误；
CD．沿电场方向电势降低，故电场方向沿x轴负方向，粒子受到的电场力方向沿x轴正方向，从O到b整个运动过程中，粒子所受到的电场力大小和方向不变，做匀加速直线运动，粒子经过b点时速度最大，C错误，D正确。
故选D。
9．C
【详解】
AB．假设小球A带正电，小球B带负电，对小球各自受力分析，小球B受向左的电场力和A对B向左的库仑力，所以小球B的合力向左，不可能向右匀速运动。则小球A带负电，小球B带正电，故AB错误；
CD．小球A带负电，小球B带正电，对小球各自受力分析，由平衡可知，对小球B
对小球A

所以必有
QA=QB
故C正确，D错误。
故选C。
10．CD
【详解】
在中垂线上，O点场强为零，无穷远处场强为零，故从无穷远到O的过程，场强指向O点，先增大后减小，小球做加速度先增大后减小的加速运动，越过O点后由对称性可知，小球做加速度先增大后减小的减速运动，若P点在场强最大值的内侧，小球先做加速度减小的加速运动再做加速度增大的减速运动，对比图像可知，AB正确，不符合题意，CD错误，符合题意。
故选CD。
11．AC
【详解】
A．带电粒子所受库仑力指向轨迹凹侧且垂直于虚线圆（等势面），即受到斥力作用，故带电粒子与点电荷P的电性相同，A正确；
BC．带电粒子从a到b过程，库仑斥力做负功，动能减小，电势能增大，故带电粒子在b点的动能较小，电势能较大，B错误，C正确；
D．由牛顿第二定律可得
带电粒子在b点时r较小，加速度a较大，D错误。
故选AC。
12．BC
【详解】
A．图像的斜率表示电场力，根据图像已知电场强度随着的增大而减小，该电场不可能是匀强电场，故A错误；
B．正电荷从点由静止释放，仅在电场力作用下沿直线经点向点运动，证明电场线向右，沿着电场线方向电势降低，故B正确；
C．由电势能公式
点的电势高于点电势，正电荷的电势能点的电势能大于在点电势能，故C正确；
D．由题可知 ，但是电场并不是匀强电场，所以段与在段电场力对该电荷做的功不相等，故D错误。
故选BC。
13．(1)；(2)增加5.625J
【详解】
(1)小球处于静止状态，由平衡条件可得
解得
(2)烧断细线后，水平方向由牛顿第二定律可得
水平位移为
电场力做功为
联立解得
电场力做正功，故机械能增加5.625J。
14．（1）；（2）
【详解】
(1)粒子离开电场时速度在水平方向的分速度即为粒子进入电场时初速度
v0=vcos30°
解得
(2)带电粒子在金属板间做类平抛运动，在水平方向上有
L=v0t
在竖直方向上有
vy=vsin30°=at
由牛顿第二定律得
qE=ma
联立解得
15．（1）；（2）
【详解】
（1）电子从CD边射入，AB边射出，由动能定理有
可得
（2）电子做类平抛运动，有
又
联立可得
16．(1) 6.0×10-4N ；(2) 6.0×10-5J
【详解】
(1) 电荷所受电场力F的大小为：
F=Eq=3.0×104×2.0×10-8 N =6.0×10-4N
(2) 电荷从A点移至B点的过程中，电场力所做的功为：
W=Fs=6.0×10-4×0.10 J =6.0×10-5J
试卷第2 22页，总2 22页
试卷第1 11页，总1 11页
答案第1 11页，总2 22页
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