2019高中物理 第一章 静电场 9 带电粒子在电场中的运动课时作业 新人教版选修3-1.doc

19 9 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动课时作业A 组 基础巩固一、单项选择题1关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下列说法正确的是( )A一定是匀变速运动B不可能做匀减速运动C一定做曲线运动D可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动解析：带电粒子在匀强电场中受恒定合力(电场力)作用，一定做匀变速运动，初速度与合力共线时，做直线运动，不共线时做匀变速曲线运动，A 对，B、C、D 错答案：A2一平行板电容器的两个极板水平放置，两极板间有一带电荷量不变的小油滴油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比若两极板间电压为零，经一段时间后，油滴以速率v匀速下降；若两极板间的电压为U，经一段时间后，油滴以速率v匀速上升若两极板间电压为U，油滴做匀速运动时速度的大小、方向将是( )A2v、向下 B2v、向上C3v、向下 D3v、向上解析：由题意知，未加电压时mgkv，加电压U时，电场力向上，设为F，则有Fmgkv，当加电压(U)时，电场力向下，匀速运动时有Fmgkv.联立得v3v，方向向下，C 正确答案：C3.如图所示，质量相等的两个带电液滴 1 和 2 从水平方向的匀强电场中的O点自由释放后，分别抵达B、C两点，若ABBC，则它们带电荷量之比q1q2等于( )A12 B21C1 D122解析：竖直方向有hgt2，水平方向有l t2，联立可得q，所以有 ，B1 2qE 2mmgl Ehq1 q22 1对答案：B4.如图所示，a、b两个带正电的粒子，以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，a粒子打在B板的a点，b粒子打在B板的b点，若不计重力，则( )2Aa的电荷量一定大于b的电荷量Bb的质量一定大于a的质量Ca的比荷一定大于b的比荷Db的比荷一定大于a的比荷解析：粒子在电场中做类平抛运动，有h()2，得xv0，由v0v01 2qE mx v02mh qE2hma Eqa得.2hmb Eqbqa maqb mb答案：C5如图甲所示，两个平行金属板P、Q竖直放置，两板间加上如图乙所示的电压t0 时，Q板比P板电势高 5 V，此时在两板的正中央M点放一个电子，初速度为零，电子在静电力作用下运动，使得电子的位置和速度随时间变化假设电子始终未与两板相碰在0t8×1010 s 的时间内，这个电子处于M点的右侧、速度方向向左且大小逐渐减小的时间是( )A0t2×1010 sB2×1010 st4×1010 sC4×1010 st6×1010 sD6×1010 st8×1010 s解析：0 过程中电子向右做加速运动； 过程中，电子向右减速运动， T过程中T 4T 4T 2T 23 4电子向左加速，TT过程中电子向左减速，D 选项正确3 4答案：D二、多项选择题6喷墨打印机的简化模型如图所示，重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上则微滴在极板间电场中( )A向正极板偏转 B电势能逐渐增大3C运动轨迹是抛物线 D运动轨迹与带电量无关解析：由于微滴带负电，电场方向向下，因此微滴受到的电场力方向向上，微滴向正极板偏转，A 项正确；偏转过程中电场力做正功，根据电场力做功与电势能变化的关系，电势能减小，B 项错误；微滴在垂直于电场方向做匀速直线运动，位移xvt，沿电场反方向做初速度为零的匀加速直线运动，位移yt2( )2，此为抛物线方程，C 项正确；从1 2qU dm1 2qU dmx v式中可以看出，运动轨迹与带电荷量q有关，D 项错误答案：AC7.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极板的过程中( )A它们运动的时间tQtPB它们所带的电荷量之比qPqQ12C它们的电势能减小量之比 EPEQ12D它们的动能增量之比 EkPEkQ12解析：垂直电场方向不受力，做匀速直线运动，位移相等，速度相等，由xvt得知，运动的时间相等，所以 A 正确；在竖直方向上，根据yat2知，竖直位移之比为 12，则1 2电荷量之比为 12.因为电场力做功等于电势能的减小量，电场力做功WqEy，因为电荷量之比为 12，竖直位移之比为 12，则电场力做功为 14，可知电势能减小量之比为14，所以 B 正确，C 错误；根据动能定理有qEyEk，而qPqQ12，xPxQ12，所以动能增加量之比 EkPEkQ14，故 D 错误答案：AB8真空中的某装置如图所示，其中平行金属板A、B之间有加速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏，今有质子、氘核和 粒子均由A板从静止开始经加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上已知质子、氘核和 粒子的质量之比为124，电荷量之比是 112，则下列判断正确的是( )A三种粒子从B板运动到荧光屏经历的时间相同B三种粒子打到荧光屏上的位置相同C偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为 112D偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为 1244解析：粒子加速过程qU1mv2，从B到M用时t，得t ，所以1 2L1L2 vm qt1t2t31，故 A 错误；偏转位移y()2，所以三种粒子打到荧221 2qU2 mdL1 vU2L2 1 4dU1光屏上的位置相同，故 B 正确；因WqEy，得W1W2W3q1q2q3112，故 C 正确，D 错误答案：BC三、非选择题9.如图所示，有一质子(质量为m、电荷量为e)由静止开始经电压为U1的电场加速后，进入两极间距离为d、板间电压为U2的平行金属板间，若质子从两板正中间垂直电场方向射入电场，并且恰能从下板右边缘穿出电场求：(1)质子刚进入偏转电场U2时的速度v0；(2)质子在偏转电场U2中运动的时间和金属板的长度L；(3)质子穿出偏转电场时的动能Ek.解析：(1)质子在加速电场中运动，有eU1mv1 22 0解得v02eU1 m(2)质子在偏转电场中的运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动水平方向：Lv0t竖直方向： at2d 21 2加速度：aeU2 md联立解得tdm eU2极板长：Ld2U1 U2(3)质子在整个运动过程中由动能定理得eU1eEk00U2 2质子射出电场时的动能Eke(U1)U2 2答案：(1) (2)d d2eU1 mm eU22U1 U25(3)e(U1)U2 2B 组 能力提升一、选择题1如图所示，矩形区域ABCD内存在竖直向下的匀强电场，两个带正电的粒子a和b以相同的水平速度射入电场，粒子a由顶点A射入，从BC的中点P射出，粒子b由AB的中点O射入，从顶点C射出若不计重力，则a和b的比荷(即粒子的电荷量与质量之比)之比是( )A12 B21C18 D81解析：a粒子和b粒子在水平方向均做速度为v的匀速运动，分别有BPvta，BCvtb，且 2BPBC，故 2tatb；在竖直方向上，分别有AB ××t，OB ××t，且1 2qaE ma2a1 2qbE mb2bAB2OB，解得a和b的比荷之比为81.qa maqb mb答案：D2.(多选)两个共轴的半圆柱形电极间的缝隙中，存在一沿半径方向的电场，如图所示带正电的粒子流由电场区域的一端M射入电场，沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N射出，由此可知(不计粒子重力)( )A若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的质量一定相等B若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的动能一定相等C若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的速率一定相等D若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的动能一定相等解析：由题图可知，该粒子在电场中做匀速圆周运动，电场力提供向心力qEm得rv2 r，r、E为定值，若q相等则mv2一定相等；若 相等，则速率v一定相等，故 B、C 正mv2 qE1 2q m确答案：BC二、非选择题3如图所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场质量为m、电荷量为q的带电粒子以速度v0从a点进入电场，恰好从c点离开电场，离开时速度为v，不计重力，求电场强度的大小6解析：从a点到c点电场力做的功WqEL，根据动能定理得Wmv2mv，1 21 22 0所以qELmv2mv，1 21 22 0场强大小E.mv2v2 0 2qL答案：mv2v2 0 2qL4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，一个带电荷量为q、质量为m的带电粒子，以初速度v0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，射出时速度恰与下极板成 30°角，如图所示，不计粒子重力，求：(1)粒子末速度的大小；(2)匀强电场的场强；(3)两板间的距离解析：(1)粒子离开电场时，合速度与水平方向夹角为 30°，由速度关系得合速度：v.v0 cos 30°2 3v03(2)粒子在匀强电场中做类平抛运动，在水平方向上：Lv0t，在竖直方向上：vyat，vyv0tan 30°，3v03由牛顿第二定律得：qEma解得E.3mv2 03qL(3)粒子做类平抛运动，7在竖直方向上：dat2，解得dL.1 236答案：(1) (2) (3)L 2 3v033mv2 03qL36