人教版 (2019)5 带电粒子在电场中的运动课堂检测

这是一份人教版 (2019)5 带电粒子在电场中的运动课堂检测，共5页。
1．电子以初速度v0沿垂直电场强度方向射入两平行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍能使电子穿过该电场。则电子穿越平行板间的电场所需时间( )
A．随电压的增大而减小
B．随电压的增大而增大
C．与电压的增大无关
D．不能判定是否与电压增大有关
解析：选C 设板长为l，则电子穿越电场的时间t＝eq \f(l,v0)，与两极板间电压无关，C正确。
2．一个只受电场力的带电微粒进入匀强电场，则该微粒的( )
A．运动速度必然增大
B．动能一定减小
C．运动加速度肯定不为零
D．一定做匀加速直线运动
解析：选C 带电微粒在电场中只受电场力作用，加速度不为零且恒定，C正确。微粒可能做匀变速直线运动或匀变速曲线运动，D错误。微粒做匀加速直线运动时，速度增大，动能变大；做匀减速直线运动时，速度、动能均减小，A、B均错误。
3.一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场中，电场方向水平向左。不计空气阻力，则小球( )
A．做直线运动 B．做曲线运动
C．速率一直减小 D．速率先增大后减小
解析：选B 由题意知，小球受重力、电场力作用，合外力的方向与初速度的方向夹角为钝角，故小球做曲线运动，所以选项A错误，B正确；在运动的过程中合外力先做负功后做正功，所以选项C、D均错误。
4．一束正离子以相同的速率从同一位置沿垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有离子的运动轨迹都是一样的，这说明所有粒子( )
A．都具有相同的质量 B．都具有相同的电荷量
C．具有相同的比荷 D．都是同一元素的同位素
解析：选C 由偏转距离y＝eq \f(qE,2m)(eq \f(l,v0))2＝eq \f(qEl2,2mv02)可知，若运动轨迹相同，则水平位移相同，偏转距离y也应相同，已知E、l、v0是相同的，所以应有eq \f(q,m)相同。
5.如图所示，质子(11H)和α粒子(24He)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(不计粒子重力)，则这两个粒子射出电场时的偏转位移y之比为( )
A．1∶1 B．1∶2
C．2∶1 D．1∶4
解析：选B 由y＝eq \f(1,2)·eq \f(Eq,m)·eq \f(L2,v02)和Ek0＝eq \f(1,2)mv02，得y＝eq \f(EL2q,4Ek0)，可知，y与q成正比，B正确。
6.如图所示，一带电小球以速度v0水平射入接入电路中的平行板电容器中，并沿直线打在屏上O点，若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后，让带电小球再次从原位置水平射入并能打在屏上，其他条件不变，两次相比较，则再次射入的带电小球( )
A．将仍打在O点
B．将打在O点的上方
C．穿过平行板电容器的时间将增加
D．到达屏上时的动能将增加
解析：选D 由题意可知，要考虑小球的重力，第一次重力与电场力平衡；第二次U不变，若仅将平行板电容器上极板平行上移一些，则极板间的距离d变大，场强变小，电场力变小，重力与电场力的合力偏向下，带电小球将打在O点的下方。由于水平方向运动性质不变，故时间不变；而由于第二次合力做正功，故小球的动能将增加。综上所述，只有选项D正确。
7.如图所示，一平行板电容器中存在匀强电场，电场沿竖直方向。两个比荷(即粒子的电荷量与质量之比)不同的带正电的粒子a和b，从电容器的P点以相同的水平速度射入两平行板之间。测得a和b与电容器极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为1∶2。若不计重力，则a和b的比荷之比是( )
A．1∶2 B．1∶8
C．2∶1 D．4∶1
解析：选D 两带电粒子都做类平抛运动，水平方向做匀速运动，有x＝vt，垂直金属板方向做初速度为零的匀加速直线运动，有y＝eq \f(1,2)at2，
粒子在电场中受的力为F＝Eq，
根据牛顿第二定律有F＝ma，
联立解得：eq \f(q,m)＝eq \f(2yv2,Ex2)。
因为两粒子在同一电场中运动，E相同，v相同，y相同，所以比荷与水平位移的平方成反比，所以比荷之比为4∶1，故D正确。
8.两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，则出射粒子的速度一定相等
C．若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的速度一定相等
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：选C 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qE＝meq \f(v2,r)得r＝eq \f(mv2,qE)，r、E为定值，若q相等则动能eq \f(1,2)mv2一定相等，但质量m或速度v不一定相等，若eq \f(q,m)相等，则速度v一定相等，故只有C正确。
9.如图所示，A、B为两块足够大的相距为d的平行金属板，接在电压为U的电源上，在A板的中央P点放置一个电子发射源，可以向各个方向释放电子。设电子的质量为m、电荷量为e，射出的初速度为v，求电子打在B板上的区域面积。(不计电子的重力)
解析：打在区域最边缘的电子，其初速度方向平行于金属板，在电场中做类平抛运动，在垂直于电场方向做匀速运动，即r＝vt
在平行电场方向做初速度为零的匀加速运动，即d＝eq \f(1,2)at2
电子在平行电场方向上的加速度a＝eq \f(eE,m)＝eq \f(eU,md)
电子打在B板上的区域面积S＝πr2
解得S＝eq \f(2πmv2d2,eU)。
答案：eq \f(2πmv2d2,eU)
B级—选考提能
10.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O点自由释放后，分别抵达B、C两点，若AB＝BC，则它们带电荷量之比q1∶q2等于( )
A．1∶2 B．2∶1
C．1∶eq \r(2) D.eq \r(2)∶1
解析：选B 竖直方向有h＝eq \f(1,2)gt2，水平方向有l＝eq \f(qE,2m)t2，联立可得q＝eq \f(mgl,Eh)，所以有eq \f(q1,q2)＝eq \f(2,1)，B正确。
11.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A、B加上电压后，可在A、B之间的空间中(设为真空)产生电场(设为匀强电场)。在距A、B等距离处的O点，有一电荷量为＋q，质量为m的粒子以初速度v0沿水平方向(与A、B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A、B间的电压应为( )
A.eq \f(mv02d2,ql2) B.eq \f(mv02l2,qd2)
C.eq \f(lmv0,qd) D．qeq \f(v0,dl)
解析：选A 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，则有l＝v0t。
设A、B间的电压为U，则偏转电极间的匀强电场的场强E＝eq \f(U,d)，粒子所受电场力F＝qE＝eq \f(qU,d)。
根据牛顿第二定律，得粒子沿电场方向的加速度
a＝eq \f(F,m)＝eq \f(qU,md)。
粒子在沿电场方向做匀加速直线运动，位移为eq \f(1,2)d。
由匀加速直线运动的规律得eq \f(d,2)＝eq \f(1,2)at2。
解得U＝eq \f(mv02d2,ql2)。选项A正确。
12．加速器是人类揭示物质本源的关键设备，在放射治疗、食品安全、材料科学等方面有广泛应用。如图所示，某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管)组成，相邻漂移管分别接在高频脉冲电源的两极。质子从K点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管，在漂移管内做匀速直线运动，在漂移管间被电场加速，加速电压视为不变。设质子进入漂移管B时速度为8×106 m/s，进入漂移管E时速度为1×107 m/s，电源频率为1×107 Hz，漂移管间缝隙很小，质子在每个管内运动时间视为电源周期的eq \f(1,2)。质子的比荷取1×108 C/kg。求：
(1)漂移管B的长度；
(2)相邻漂移管间的加速电压。
解析：(1)根据周期和频率的关系T＝eq \f(1,f)得
T＝eq \f(1,f)＝10－7 s。
设漂移管B的长度为xB，则xB＝vB eq \f(T,2)＝0.4 m。
(2)设相邻漂移管间的电压为U，则质子由B到E的过程中根据动能定理得
3qU＝eq \f(1,2)mvE2－eq \f(1,2)mvB2，
解得U＝6×104 V。
答案：(1)0.4 m (2)6×104 V