8.6带电粒子（不计重力）在电场中的运动（解答题二）过关检测-2022届高考物理一轮复习

这是一份8.6带电粒子（不计重力）在电场中的运动（解答题二）过关检测-2022届高考物理一轮复习，共14页。试卷主要包含了某直线加速器可简化为如下模型等内容，欢迎下载使用。
8.6带电粒子（不计重力）在电场中的运动（解答题二）1．长为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、质量为的带电粒子，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，大小为，如图所示，不计粒子重力，求：(1)粒子进入电场时初速度的大小；(2)匀强电场的场强大小；(3)两板间的距离。2．某直线加速器可简化为如下模型：从电子源发出的初速度为0的电子分别经过两级加速之后打到荧光屏上，两级加速电场极板接线柱A、B、C、D与电压为U的电源相连，两级加速装置的长度相等，电子质量为m，电荷量为e，不计电子重力。求：(1)电子在两级加速电场中加速的时间之比。(2)电子打到荧光屏上的速度v。3．静电喷漆原理如图所示，A、B为两块足够大的平行金属板，间距为d，两板间存在匀强电场。在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P，油漆喷枪的半球形喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒。若油漆微粒的初速度大小均为v0，质量为m、电荷量为-q，场强大小为，微粒所受重力、空气阻力、微粒间相互作用力均不计，试求:(1)微粒打在B板时的动能Ek；(2)微粒最后落在B板上所形成的图形形状及其面积S。4．如图所示，矩形区域Ⅰ和正方形区域II内分别有水平向右和竖直向下的匀强电场，电场强度大小均为E，区域I的宽度为d，区域II的边长为2d，区域I左边界上O点距区域Ⅱ下边界的距离为d。将一质量为m、电荷量为+q的粒子（不计重力）从O点由静止释放，粒子经过区域I并最终穿出区域Ⅱ。求：(1)粒子穿出区域I时的速度大小；(2)粒子从区域Ⅱ穿出时距离O点的竖直距离。5．卫星在一定高度绕地心做圆周运动时，由于极其微弱的阻力等因素的影响，在若干年的运行时间中，卫星高度会发生变化（可达15km之多），利用离子推进器可以对卫星进行轨道高度、姿态的调整。图是离子推进器的原理示意图：将稀有气体从O端注入，在A处电离为带正电的离子，带正电的离子飘入电极B、C之间的匀强加速电场（不计带正电的离子飘入加速电场时的速度），加速后形成正离子束，以很高的速度沿同一方向从C处喷出舱室，由此对卫星产生推力。D处为一个可以喷射电子的装置，将在电离过程中产生的电子持续注入由C处喷出的正离子束中，恰好可以全部中和带正电的离子。(1)在对该离子推进器做地面静态测试时，若BC间的加速电压为U，正离子被加速后由C处喷出时形成的等效电流大小为I，产生的推力大小为F。已知每个正离子的质量为m。①试分析说明要在正离子出口D处注入电子的原因；②求离子推进器单位时间内喷出的正离子数目N；(2)若定义比推力f为单位时间内消耗单位质量的推进剂所产生的推力，是衡量推进器性能的重要参数，请你指出一种增加离子推进器比推力的方案。（电子的质量可忽略不计，推进剂的总质量可视为正离子的总质量）6．如图所示虚线左侧有一场强为的匀强电场，在两条平行的虚线和之间存在着宽为L、电场强度为的匀强电场，在虚线右侧相距为L处有一个电场平行的屏。现将一电子（电荷量为e，质量为m）由A点无初速释放，A点到的距离为，最后电子打在右侧的屏上，连线与屏垂直，垂足为O，求：(1)电子刚进入区域时的速度；(2)电子刚射出电场时的速度方向与连线夹角的正切值；(3)电子打到屏上的点到点O的距离Y。7．如图所示的装置放置在真空中，炽热的金属丝可以发射电子，金属丝和竖直金属板之间加一电压，发射出的电子被加速后，从金属板B上的小孔S水平射出，装置右侧有两个相同的平行金属极板水平正对放置，板长，相距，两极板间加一电压的偏转电场，且D极板电势高于C极板。为平行板的水平中线。为电子接收屏，平行板的右端与的水平距离也为。在平行板右端与之间分布竖直向下的匀强电场。已知电子的电荷量，电子的质量，设电子刚离开金属丝时的速度为0，忽略金属极板边缘对电场的影响，不计电子受到的重力。(1)求电子经过小孔S的速度大小；(2)求电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量y；(3)若电子打在接收屏上的O点，求匀强电场的电场强度的大小。8．如图，静止于A处的离子，经电压为U的加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，从P点垂直CN进入矩形区域的有界匀强电场，电场方向水平向左。静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，已知圆弧所在处场强为E，方向如图所示；离子质量为m、电荷量为q，QN=2d，PN=3d，离子重力不计。（1）求圆弧虚线对应的半径R的大小；（2）若离子恰好能打在Q点上，求矩形区域QNCD内匀强电场的场强E0的值。9．当金属的温度升高到一定程度时就会向四周发射电子，这种电子叫热电子，通常情况下，热电子的初始速度可以忽略不计。如图1所示，相距为L的两块固定平行金属板M、N接在输出电压恒为U0的高压电源E2上，M、N之间的电场近似为匀强电场，a、b、c、d是匀强电场中将M、N两板间隔均分五等份的四个等势面，K是与M板距离很近的灯丝，通过小孔穿过M板与外部电源E1连接，电源E1给K加热从而产生热电子，不计灯丝对内部匀强电场的影响。热电子经高压加速后垂直撞击N板，瞬间成为金属板的自由电子，速度近似为零，电源接通后，电流表的示数稳定为I，已知电子的质量为m，电量为e。求：(1)电子达到N板前瞬间的速度vN大小；(2)N板受到电子撞击的平均作用力F大小；(3)a等势面处，垂直等势面处一段极短长度△l内电子的总动能Ek。(4)若在N板的P处开一个小孔，让电子能从P孔飞出后从A、B板正中间平行两板进入偏转电场，偏转电场极板间的距离为d，极板长为L=2d，偏转电场的下极板B接地。偏转电场极板右端竖直放置一个足够大的荧光屏。现在偏转电场的两极板间接一周期为T的交流电压，上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示。（设大量电子从偏转电场中央持续射入，每个电子穿过平行板的时间都极短）求：在电势变化的过程中发现荧光屏有“黑屏”现象，即某段时间无电荷到达荧光屏，试计算每个周期内荧光屏黑屏的时间t。10．在直角坐标系中，第一象限存在水平向左的匀强电场，电场强度大小为E，第二象限存在竖直向下的匀强电场。一带电荷量为、质量为m的粒子（不计重力）从点静止释放，恰好能通过点。(1)求第二象限内匀强电场的电场强度的大小。(2)若从第一象限由静止释放的粒子都能经过A点，则释放点的坐标值的x、y应满足什么关系？并求出这些粒子到达A点时的速度最小值。       参考答案1．(1)；(2)；(3)【解析】(1)粒子离开电场时，速度与水平方向夹角为30°，由几何关系得速度为(2)带电粒子在金属板间做平抛运动，在水平方向上有在竖直方向上有又由牛顿第二定律得解得(3)粒子在匀强电场中做类平抛运动，在竖直方向上有2．(1) ；(2)【解析】(1)电子做匀加速直线运动，由于两级加速装置长度相等，由可知，其电场速度E相等，由可知加速度相等，有解得(2)由动能定理得解得3．(1) ； (2) 【解析】(1)微粒从P喷出到打在B板，由动能定理得：解得：(3)微粒落在B板上所形成的图形是圆形，微粒运动水平距离最大时，初速度水平，作类平抛运动，设此运动时间为t′，微粒在电场中运动的加速度为竖直方向水平方向，圆形半径R=v0t′圆面积为：S=πR2得：4．(1) ； (2) d【解析】(1)在区域Ⅰ内，根据动能定理得解得(2)加速粒子从区域II的右边界射出，则有解得粒子从区域Ⅱ的右下角射出，假设成立，所以粒子从区域Ⅱ穿出时距离O点的竖直距离为d。5．(1)①见解析，②；(2)见解析【解析】(1)①若引擎持续喷射出正离子束，会将带有负电的电子留在A中，由于库仑力作用将严重阻碍正离子的继续喷出。电子积累足够多时，甚至会将喷出的正离子再吸引回来，致使推进器无法正常工作。因此，必须注入电子以中和正离子，使推进器获得持续推力。②设正离子 电荷量为，由动量定理得由动能定理得根据电流的定义得联立解得(2)根据定义，比推力可见若想提高比推力，应该增大加速电压U或者使用比荷更大的正离子作为推进剂。6．(1)；(2)2；(3)3L【解析】(1)设电子到达虚线时的速度为，根据动能定理可知解得(2)电子在虚线和之间的运动做类似平抛运动L=v0t联立解得(3)电子离开电场后做匀速运动，如图所示点P'到点O的距离为Y，则电子在电场方向上偏转的距离为得7．(1)；(2)；(3)【解析】(1)根据动能定理得(2)在偏转电场中，水平匀速运动竖直匀加速运动竖直方向得侧移量，得(3)离开后，水平方向仍为匀速在离开瞬间竖直分速度在电场中，加速度由运动学公式得8．（1）；（2）【解析】（1）离子在加速电场中加速，根据动能定理，有离子在辐向电场中做匀速圆周运动，电场力提供向心力，根据牛顿第二定律，有得（2）离子做类平抛运动，有由牛顿第二定律得则有9．(1) (2)  (3)  (4)【解析】(1)根据动能定理，有解出  (2)设△t时间经过N板的电量为QQ=I△t设△t时间落到N板上的电荷个数为N1以向右为正方向，对△t时间内落在N板上的电荷整体应用动量定理有-F△t=0-N1mvN解得由作用力与反作用力关系，N板受力为 (3)设a面上电子个数为N2 每个电子的动能为 解得 (4)电子在偏转电场中做类平抛运动，若电子恰能飞出偏转电场，则水平方向竖直方向解得则当偏转电压大于小于U0时，电子将不能从偏转电场中飞出，从而出现“黑屏”，则出现黑屏的时间为10．(1)；(2)，【解析】(1)粒子在第一象限内做匀加速直线运动，设其到达y轴时的速度为，有解得粒子在第二象限内做类平抛运动，有解得(2)粒子释放点的坐标为，则由粒子在第一象限内做匀加速直线运动有在第二象限内做类平抛运动，有解得到达A点时，有当时，有最小值，所以