2017-2018學年度高中物理 習題課三 帶電粒子在電場中的運動課時訓練【含解析】教科版選修3-1

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1、 習題課三　帶電粒子在電場中的運動 1.下列帶電粒子均從靜止開始在電場力作用下做加速運動,經過相同的電勢差U后,哪個粒子獲得的速度最大(　A　) A.質子11H B.氘核12H C.α粒子24He D.鈉離子Na+ 解析:所有四種帶電粒子均從靜止開始在電場力作用下做加速運動,經過相同的電勢差U,故根據動能定理有qU=12mv2-0,得v=2qUm,比荷qm越大,速度越大,顯然A選項中質子的比荷最大,故A正確. 2.(多選)如圖為示波管中電子槍的原理示意圖,示波管內被抽成真空.A為發(fā)射電子的陰極,K為接在高電勢點的加速陽極,A,K間電壓為U,電子離開陰極時的速度可以

2、忽略,電子經加速后從K的小孔中射出時的速度大小為v.下面的說法中正確的是(　AC　) A.如果A,K間距離減半而電壓仍為U,則電子離開K時的速度仍為v B.如果A,K間距離減半而電壓仍為U,則電子離開K時的速度變?yōu)関2 C.如果A,K間距離不變而電壓減半,則電子離開K時的速度變?yōu)?2v D.如果A,K間距離不變而電壓減半,則電子離開K時的速度變?yōu)関2 解析:電子在兩個電極間加速電場中進行加速,由動能定理eU=12mv2-0,得v=2eUm,當電壓不變,A,K間距離變化時,不影響電子的速度,選項A正確,B錯誤;電壓減半,則電子離開K時的速度為22v,故選項C正確,D錯誤. 3.如

3、圖(甲)所示,在平行板電容器A,B兩極板間加上如圖(乙)所示的交變電壓.開始A板的電勢比B板高,此時兩板中間原來靜止的電子在電場力作用下開始運動.設電子在運動中不與極板發(fā)生碰撞,向A板運動時為速度的正方向,則下列圖象中能正確反映電子速度變化規(guī)律的是(其中C,D兩項中的圖線按正弦函數規(guī)律變化)(　A　) 解析:從0時刻開始,電子向A板做勻加速直線運動,T2后電場力反向,電子向A板做勻減速直線運動,直到t=T時刻速度變?yōu)榱?之后重復上述運動,選項A正確,B錯誤.電子在交變電場中所受電場力恒定,加速度大小不變,選項C,D錯誤. 4.(2017聊城高二檢測)如圖所示,場強大小為E、方向

4、豎直向下的勻強電場中有一矩形區(qū)域abcd,水平邊ab長為s,豎直邊ad長為h.質量均為m、帶電荷量分別為+q和-q的兩粒子,由a,c兩點先后沿ab和cd方向以速率v0進入矩形區(qū)(兩粒子不同時出現在電場中).不計重力,若兩粒子軌跡恰好相切,則v0等于(　B　) A.s22qEmh B.s2qEmh C.s42qEmh D.s4qEmh 解析:根據對稱性,兩粒子軌跡的切點位于矩形區(qū)域abcd的中心,則在水平方向有12s=v0t,在豎直方向有12h=12qEmt2,解得v0=s2qEmh.故選項B正確,選項A,C,D錯誤. 5.(多選)在兩個共軸的半圓柱形電極間的縫隙

5、中,存在一沿半徑方向的電場,如圖所示.帶正電的粒子流由電場區(qū)域的一端M射入電場,沿圖中所示的半圓形軌道通過電場并從另一端N射出,由此可知(不計粒子重力)(　BC　) A.若入射粒子的電荷量相等,則出射粒子的質量一定相等 B.若入射粒子的電荷量相等,則出射粒子的動能一定相等 C.若入射粒子的電荷量與質量之比相等,則出射粒子的速率一定相等 D.若入射粒子的電荷量與質量之比相等,則出射粒子的動能一定相等 解析:由題圖可知,該粒子流在電場中做勻速圓周運動,電場力提供向心力qE=mv2r得r=mv2qE,r,E為定值,若q相等則12mv2一定相等;若qm相等,則速率v一定相等,選項B,C正

6、確. 6.(2017連云港高二質檢)(多選)如圖所示,在豎直向上的勻強電場中,一根不可伸長的絕緣細繩的一端系著一個帶電小球,另一端固定于O點,小球在豎直平面內做勻速圓周運動,最高點為a,最低點為b.不計空氣阻力,則(　AB　) A.小球帶正電 B.電場力與重力平衡 C.小球在從a點運動到b點的過程中,電勢能減小 D.小球在運動過程中機械能守恒 解析:小球做勻速圓周運動,電場力等于重力,由繩子的拉力提供向心力,所以小球帶正電,選項A,B正確;小球在從a點運動到b點的過程中,電場力做負功電勢能增大,選項C錯誤;小球在運動過程中有電場力做功,機械能不守恒,選項D錯誤. 7.如圖所示

7、,帶負電的小球靜止在水平放置的平行板電容器兩極板間,距下極板0.8 cm,兩極板間的電勢差為300 V.如果兩極板間電勢差減小到60 V, 則帶電小球運動到極板上需多長時間? 解析:取帶電小球為研究對象,設它帶的電荷量為q,則帶電小球受重力mg和電場力qE的作用. 當U1=300 V時,小球受力平衡mg=qU1d 當U2=60 V時,帶電小球向下極板做勻加速直線運動 由F=ma知, mg-qU2d=ma 又h=12at2 解得t=2U1h(U1-U2)g=23000.810-2(300-60)10 s =2510-2 s. 答案:2510-2 s 8.(2016北京卷,

8、23節(jié)選)如圖所示,電子由靜止開始經加速電場加速后,沿平行于板面的方向射入偏轉電場,并從另一側射出.已知電子質量為m,電荷量為e,加速電場電壓為U0,偏轉電場可看成勻強電場,極板間電壓為U,極板長度為L,板間距為d. (1)忽略電子所受重力,求電子射入偏轉電場時初速度v0和從電場射出時沿垂直板面方向的偏轉距離Δy; (2)分析物理量的數量級,是解決物理問題的常用方法.在解決(1)問時忽略了電子所受重力,請利用下列數據分析說明其原因.已知U= 2.0102 V,d=4.010-2 m,m=9.110-31 kg,e=1.610-19C,g=10 m/s2. 解析:(1)根據功和能的關系,有 eU0=12mv02, 電子射入偏轉電場的初速度 v0=2eU0m, 在偏轉電場中,電子的運動時間 Δt=Lv0=Lm2eU0, 加速度a=Eem=Uedm, 偏轉距離 Δy=12a(Δt)2=UL24U0d. (2)考慮電子所受重力和電場力的數量級,有 重力G=mg～10-29 N 電場力F=eUd～10-15 N, 由于F?G,因此不需要考慮電子所受重力. 答案:(1)2eU0m　UL24U0d　 (2)見解析 4