高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 带电粒子在电场中的运动习题课件ppt

第十章　5　

一、选择题(本题共6小题，每题7分，共42分)

1．一带电粒子在电场中只受电场力作用时，它不可能出现的运动状态是(　A　)

A．匀速直线运动　　 B．匀加速直线运动

C．匀变速曲线运动  D．匀速圆周运动

解析：因为粒子只受到电场力作用，所以不可能做匀速直线运动。

2．为模拟空气净化过程，有人设计了如图所示的含灰尘空气的密闭玻璃圆桶，圆桶的高和直径相等。第一种除尘方式是：在圆桶顶面和底面间加上电压U，沿圆桶的轴线方向形成一个匀强电场，灰尘的运动方向如图甲所示；第二种除尘方式是：在圆桶轴线处放一直导线，在导线与圆桶壁间加上的电压也等于U，形成沿半径方向的辐向电场，灰尘的运动方向如图乙所示。已知空气阻力与灰尘运动的速度大小成正比，即Ff＝kv(k为一定值)，假设每个灰尘的质量和带电荷量均相同，重力可忽略不计，则在这两种方式中(　C　)

A．灰尘最终一定都做匀速运动

B．灰尘受到的电场力大小相等

C．电场对单个灰尘做功的最大值相等

D．在图乙中，灰尘会做类平抛运动

解析：灰尘可能一直做加速运动，故选项A错误；第二种方式中，空间中的电场强度大小不相等，所以灰尘所受电场力大小不相等，故选项B错误；电场对单

个灰尘做功的最大值为qU，故在两种方式中电场对灰尘做功的最大值相同，故选项C正确；在图乙中，由于重力忽略不计，灰尘做直线运动，故选项D错误。

3．(2022·山东省淄博一中高一下学期期中)如图，P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动。关于电子到达Q板时的速率，下列说法正确的是(　C　)

A．两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大

B．两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大

C．与两板间距离无关，仅与加速电压U有关

D．以上说法都不正确

解析：粒子运动过程只有电场力做功，

根据动能定理eU＝mv2得v＝可知，仅与U有关，与两板间距离无关，

因为加速电压不变，所以最后的末速度大小不变，故C正确，A、B、D错误。

4．(2022·河南重点高中高二上月考)如图所示，坐标系xOy中存在沿y轴正方向的匀强电场，一个比荷为k的带正电粒子从坐标原点O沿着x轴正方向以v0的初速度进入电场，粒子在电场中的运动轨迹为y＝bx2，不计带电粒子的重力，则匀强电场的电场强度E的大小为(　B　)

A．  B．

C．  D．

解析：粒子在电场中做类平抛运动，有x＝v0t，y＝at2，得y＝x2，代入y＝bx2，可得＝b，又因为a＝＝kE，解得E＝，B项正确。

5．(2022·浙江省温州十五校联合体高二下学期期中)如图所示，两金属板与电源相连接，电压为U，电子从上极板边缘垂直电场方向，以速度v0射入匀强电场，且恰好从下极板边缘飞出，两板之间距离为d。现在保持电子入射速度和入射位置(紧靠上极板边缘)不变，仍要让其从下极板边缘飞出，则下列操作可行的是(　B　)

A．电压调至2U，板间距离变为2d

B．电压调至2U，板间距离变为d

C．电压调至U，板间距离变为2d

D．电压调至U，板间距离变为

解析：电子在两板之间做类平抛运动，平行于板的方向L＝v0t，垂直于板的方向d＝··t2，解得2d2mv＝UqL2，根据此表达式可知：若电压调至2U，板间距离变为d，选项A错误，B正确；板间距离变为2d，则电压调至4U；板间距离变为d，则电压调至U，选项CD错误。

6．(多选)如图，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动。已知两极板间电势差为U，板间距为d，电子质量为m，电荷量为e。则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述不正确的是(　BCD　)

A．若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率保持不变

B．若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率也增大一倍

C．若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板的时间保持不变

D．若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板的时间减为一半

解析：设电子到达Q板的速度为v，根据动能定理得qU＝mv2，v＝，将板间距离增大一倍，因为电压不变，故电子到达Q板的速率不变，故A正确，B错误；电子的加速度为a＝＝，根据d＝at2，得t＝d，若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板的时间减为原来的，故C、D错误。

二、非选择题(共18分)

7．(18分)(2021·西藏拉萨中学高二上学期月考)如图所示，电荷量为－e，质量为m的电子从A点沿与电场垂直的方向进入匀强电场，初速度为v0，当它通过电场中B点时，速度与场强方向成150°角，不计电子的重力，求：

(1)电子经过B点的速度多大；

(2)AB两点间的电势差多大。

答案：(1)2v0　(2)－

解析：(1)电子垂直进入匀强电场中，做类平抛运动，B点的速度v＝＝2v0。

(2)电子从A运动到B由动能定理得：

－eUAB＝mv2－mv

A、B两点间的电势差

UAB＝＝－。

一、选择题(本题共4小题，每题5分，共20分)

1．如图所示，两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a点静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态。现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°，再由a点从静止释放一同样的微粒，该微粒将(　D　)

A．保持静止状态 B．向左上方做匀加速运动

C．向正下方做匀加速运动 D．向左下方做匀加速运动

解析：两平行的带电金属板水平放置时，带电微粒静止，有mg＝qE，现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°，两板间电场强度方向逆时针旋转45°，电场力方向也逆时针旋转45°，但大小不变，此时电场力和重力的合力大小恒定，方向指向左下方，故该微粒将向左下方做匀加速运动，选项D正确。

2．(2022·四川成都外国语学校高二上月考)图甲为示波管的原理图。如果在电极YY′之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极XX′之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是(　B　)

甲

解析：示波管的电极YY′上的偏转电压加的是题图乙的信号电压，电极XX′上加题图丙的扫描电压，因为信号电压与扫描电压周期相同，则在荧光屏上看到的图形如选项B所示，故A、C、D错误，B正确。

3．(多选)如图所示，一价氢离子(H)和二价氦离子(He)的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后打在同一荧光屏上，则它们(　BC　)

A．离开偏转电场时速度方向不同

B．离开偏转电场时速度方向相同

C．到达屏上同一点

D．到达屏上不同点

解析：设离子的电荷量为q，偏转电极板板长为L，板间距离为d。根据动能定理得，加速电场中qU1＝mv，偏转电场中运动时间t＝，偏转距离y＝at2＝()2，得到y＝，设偏转角度为θ，则tan θ＝，由以上可知y、θ与带电离子的质量、电荷量无关，则一价氢离子、二价氦离子会打在屏上同一点，选项BC正确，AD错误。

4．(多选)(2022·黑龙江省双鸭山一中高二上学期月考)在空间中水平面MN的下方存在竖直向下的匀强电场，质量为m的带电小球由MN上方的A点以一定初速度水平抛出，从B点进入电场，到达C点时速度方向恰好水平，A、B、C三点在同一直线上，且AB＝2BC，如图所示。由此可见(　AD　)

A．电场力为3mg

B．小球带正电

C．小球从A到B与从B到C的运动时间相等

D．小球从A到B与从B到C的速度变化量的大小相等

解析：平抛过程和类平抛过程水平方向的位移是二倍的关系，所以时间也是二倍的关系，故C错误；分别列出竖直方向的方程，即h＝gt2，＝，解得F＝3mg，故A正确；小球受到的电场力向上，与电场方向相反，所以小球应该带负电，故B错误；速度变化量等于加速度与时间的乘积，即Δv＝at，结合以上的分析可得，AB过程Δv＝gt，BC过程Δv＝·＝gt，故D正确。

二、非选择题(共20分)

5．(20分)(2022·湖北省襄阳市高二下学期调研)如图所示，虚线MN左侧有一场强为E1＝E的匀强电场，在两条平行的虚线MN和PQ之间存在着宽为L、电场强度为E2＝2E的匀强电场，在虚线PQ右侧相距为L处有一与电场E2平行的屏。现将一电子(电荷量为e，质量为m，不计重力)无初速度地放入电场E1中的A点，A点到MN的距离为，最后电子打在右侧的屏上，AO连线与屏垂直，垂足为O，求：

(1)电子从释放到打到屏上所用的时间t；

(2)电子刚射出电场E2时的速度方向与AO连线夹角θ的正切值tan θ；

(3)电子打在屏上的点P′(图中未标出)到点O的距离x。

答案：(1)3　(2)2　(3)3L

解析：(1)电子在电场E1中做初速度为零的匀加速直线运动，设加速度为a1，时间为t1，由牛顿第二定律得：a1＝＝，                            ①

由x＝at2得：＝a1t，  ②

电子进入电场E2时的速度为：v1＝a1t1，

进入电场E2到PQ水平方向做匀速直线运动，时间为：t2＝， ③

出电场后到光屏的时间为：t3＝，  ④

电子从释放到打到屏上所用时间：t＝t1＋t2＋t3 ⑤

联立①→⑤求解得：t＝3。

(2)设粒子射出电场E2时平行电场方向的速度为vy，由牛顿第二定律得，电子进入电场E2时的加速度为：

a2＝＝，  ⑥

vy＝a2t2  ⑦

电子刚射出电场E2时的速度方向与AO连线夹角的正切值为tan θ＝， ⑧

联立①②③⑥⑦⑧得：tan θ＝2。  ⑩

(3)带电粒子在电场中的运动轨迹如图所示，设电子打到屏上的点P′到O点的距离x，

根据上图几何关系得，

tan θ＝，  ⑪

联立⑩⑪得：x＝3L。