高二物理課后培優(yōu)分級(jí)練(人教版必修第三冊(cè))10.5帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)(原卷版+解析)

10.5帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)課后培優(yōu)練課后培優(yōu)練級(jí)練培優(yōu)第一階——基礎(chǔ)過關(guān)練1．如圖所示，P和Q為兩平行金屬板，兩極板間電壓為U，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)，關(guān)于電子到達(dá)Q板時(shí)的速率，下列說法正確的是（）A．兩極板間距離越大，加速時(shí)間越長，獲得的速率就越大B．兩極板間距離越小，加速度越大，獲得的速率就越大C．與兩極板間距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)D．以上說法都不正確2．兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，一電子質(zhì)量為m、電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射入電場，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖所示，OA間距為h，則此電子的初動(dòng)能為（）A． B． C． D．3．示波器是一種多功能電學(xué)儀器，它是由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場組成。如圖所示，電子在電壓為U1的電場中由靜止開始加速，然后射入電壓為U2的平行金屬板間的電場中，入射方向與極板平行，在滿足電子能射出平行電場區(qū)的條件下，下述情況一定能使電子偏轉(zhuǎn)角度變大的是()A．U1變大，U2變大B．U1變小，U2變大C．U1變大，U2變小D．U1變小，U2變小4．（多選）如圖所示，帶電量之比為qA：qB=1：2的帶電粒子A、B，先后以相同的速度從同一點(diǎn)水平射入平行板電容中，不計(jì)重力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比xA：xB=2：1，則（）A．粒子A、B在電場中飛行的時(shí)間之比為tA：tB=2：3B．粒子A、B在電場中飛行的時(shí)間之比為tA：tB=2：1C．粒子A、B的質(zhì)量之比為mA：mB=4：3D．粒子A、B的質(zhì)量之比為mA：mB=2：15．如圖所示，有質(zhì)子()、氘核()、氚核()和氦核()四種帶電粒子，先后從加速電壓是U1的加速電場中的P點(diǎn)由靜止釋放，被加速后從B板的小孔射出沿CD間的中線進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，都能夠從偏轉(zhuǎn)電場的另一端射出。如果不計(jì)重力的影響，以下判斷中正確的是（

）A．質(zhì)子()的偏轉(zhuǎn)位移y最大B．氘核()的偏向角最小C．氦核()射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的動(dòng)能最大D．氚核()的射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度最大6．（多選）如圖所示，矩形區(qū)域ABCD內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場，兩個(gè)帶正電的粒子a和b以相同的水平速度射入電場，粒子a由頂點(diǎn)A射入，從BC的中點(diǎn)P射出，粒子b由AB的中點(diǎn)O射入，從頂點(diǎn)C射出，若不計(jì)重力，則()A．a(chǎn)和b在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為1∶2B．a(chǎn)和b在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為2∶1C．a(chǎn)和b的比荷之比為1∶8D．a(chǎn)和b的比荷之比為8∶17．長為的平行金屬板水平放置，兩極板帶等量的異種電荷，板間形成勻強(qiáng)電場，一個(gè)帶電荷量為、質(zhì)量為的帶電粒子，以水平初速度緊貼上極板垂直于電場線方向進(jìn)入該電場，剛好從下極板邊緣射出，射出時(shí)速度恰與水平方向成30°角，大小為，如圖所示，不計(jì)粒子重力，求：(1)粒子進(jìn)入電場時(shí)初速度的大?。?2)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大??；(3)兩板間的距離。培優(yōu)第二階——拓展培優(yōu)練8．如圖所示，帶電平行金屬板A、B，板間的電勢(shì)差為U，A板帶正電，B板中央有一小孔。一帶正電的微粒，帶電量為q，質(zhì)量為m，自孔的正上方距板高h(yuǎn)處自由落下，若微粒恰能落至A、B兩板的正中央c點(diǎn)，不計(jì)空氣阻力，則（

）A．微粒在下落過程中動(dòng)能逐漸增加，重力勢(shì)能逐漸減小B．微粒在下落過程中重力做功為，電場力做功為C．微粒落入電場中，電勢(shì)能逐漸增大，其增加量為D．若微粒從距B板高1.5h處自由下落，則恰好能達(dá)到A板9．（多選）如圖所示，由粒子源發(fā)出A、兩種的帶正電的粒子，經(jīng)過同一加速電場加速后，形成粒子束進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場中偏轉(zhuǎn)，最終A、兩粒子都落在了偏轉(zhuǎn)電場中的下極板上。這些粒子離開粒子源時(shí)的初速度可視為零，空氣阻力、粒子的重力及粒子之間的相互作用力均可忽略不計(jì)。下列說法正確的是（）A．離開加速電場時(shí)兩粒子速度與它們的比荷成正比B．兩粒子在加速電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與它們的比荷成正比C．兩粒子打在偏轉(zhuǎn)電場下極板時(shí)的動(dòng)能與它們的電荷量成正比D．兩粒子一定打在偏轉(zhuǎn)電場下極板的同一位置，這一位置與粒子本身無關(guān)10．兩個(gè)共軸的半圓柱形電極間的縫隙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)域邊緣的M點(diǎn)射入電場，沿圖中所示的半圓形軌道通過電場并從另一邊緣的N點(diǎn)射出，由此可知（）A．若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的質(zhì)量一定相等B．若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的動(dòng)能一定相等C．若入射粒子的比荷相等，則出射粒子的動(dòng)量一定相等D．若入射粒子的比荷相等，則出射粒子的動(dòng)能一定相等11．在空間有正方向?yàn)樗较蛴?，場?qiáng)按如圖所示變化的電場，位于電場中A點(diǎn)的電子在t=0時(shí)靜止釋放，運(yùn)動(dòng)過程中只受電場力作用．在t=1s時(shí)，電子離開A點(diǎn)的距離大小為l,那么在t=3s時(shí)，電子將處在（）A．A點(diǎn)右方3l處 B．A點(diǎn)左方2l處C．A點(diǎn)左方3l處 D．A點(diǎn)12．（多選）如圖甲所示，M、N為正對(duì)豎直放置的平行金屬板，A、B為兩板中線上的兩點(diǎn)。當(dāng)M、N板間不加電壓時(shí)，一帶電小球從A點(diǎn)由靜止釋放經(jīng)時(shí)間T到達(dá)B點(diǎn)，此時(shí)速度為v。若兩板間加上如圖乙所示的交變電壓，t=0時(shí)，將帶電小球仍從A點(diǎn)由靜止釋放，小球運(yùn)動(dòng)過程中始終未接觸極板，則t=T時(shí)，小球（）A．在B點(diǎn)上方 B．恰好到達(dá)B點(diǎn)C．速度大于v D．速度等于v13．一束初速度不計(jì)的電子流在經(jīng)U＝5000V的加速電壓加速后在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖所示，若板間距離d＝1.0cm，板長＝5.0cm，電子電量e＝C，那么（1）電子經(jīng)過加速電場加速后的動(dòng)能為多少?（2）要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大的電壓?14．如圖1所示，真空中有豎直放置的平行金屬板A、B和水平放置的相距為d的平行金屬板C、D、C、D板長為L，A、B板間加有恒定的電壓U0，B板中心處開有小孔，質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子從A板靜止釋放，經(jīng)AB間的電場加速后通過B板上的小孔進(jìn)入C、D兩板的正中間。在帶電粒子進(jìn)入C、D間的同時(shí)，給C、D兩板加上如圖2所示周期性變化的交變電壓，粒子重力不計(jì)。（1）求帶電粒子進(jìn)入C、D間時(shí)的速度大?。唬?）若此粒子在時(shí)間內(nèi)從C、D間飛出，則飛出時(shí)在電場方向的位移是多少？（3）若此粒子從C、D間飛出時(shí)恰能以平行于兩板的速度飛出，則交變電壓U1的取值范圍是多少？10.5帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)課后培優(yōu)練課后培優(yōu)練級(jí)練培優(yōu)第一階——基礎(chǔ)過關(guān)練1．如圖所示，P和Q為兩平行金屬板，兩極板間電壓為U，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)，關(guān)于電子到達(dá)Q板時(shí)的速率，下列說法正確的是（）A．兩極板間距離越大，加速時(shí)間越長，獲得的速率就越大B．兩極板間距離越小，加速度越大，獲得的速率就越大C．與兩極板間距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)D．以上說法都不正確【答案】C【解析】【詳解】A．粒子運(yùn)動(dòng)過程只有電場力做功，根據(jù)動(dòng)能定理：兩板間距離越大，根據(jù)：可知場強(qiáng)越小，根據(jù)：可知加速時(shí)間越長，因?yàn)榧铀匐妷翰蛔?，所以最后的末速度大小不變，A錯(cuò)誤；B．兩板間距離越小，場強(qiáng)越大，加速度越大，因?yàn)榧铀匐妷翰蛔儯宰詈蟮哪┧俣却笮〔蛔?，B錯(cuò)誤；CD．根據(jù)動(dòng)能定理：雖然極板間距發(fā)生變化，但是電壓不變，所以最后的末速度大小不變，C正確，D錯(cuò)誤。故選C。2．兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，一電子質(zhì)量為m、電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射入電場，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖所示，OA間距為h，則此電子的初動(dòng)能為（）A． B． C． D．【答案】D【解析】【詳解】設(shè)出電子的初動(dòng)能Ek0，末動(dòng)能為零，極板間的電場，根據(jù)動(dòng)能定理：-eEh=0-Ek0解得：故選D。3．示波器是一種多功能電學(xué)儀器，它是由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場組成。如圖所示，電子在電壓為U1的電場中由靜止開始加速，然后射入電壓為U2的平行金屬板間的電場中，入射方向與極板平行，在滿足電子能射出平行電場區(qū)的條件下，下述情況一定能使電子偏轉(zhuǎn)角度變大的是()A．U1變大，U2變大B．U1變小，U2變大C．U1變大，U2變小D．U1變小，U2變小【答案】B【解析】【詳解】設(shè)電子被加速后獲得初速為v0，則由動(dòng)能定理得設(shè)偏轉(zhuǎn)電場極板長為L，板間距離為d，電子在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向上勻速在豎直方向勻加速加速度為則偏轉(zhuǎn)角的正切值聯(lián)立以上可得由此可知，減小U1，增大U2，可以使增大，故選B。4．（多選）如圖所示，帶電量之比為qA：qB=1：2的帶電粒子A、B，先后以相同的速度從同一點(diǎn)水平射入平行板電容中，不計(jì)重力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比xA：xB=2：1，則（）A．粒子A、B在電場中飛行的時(shí)間之比為tA：tB=2：3B．粒子A、B在電場中飛行的時(shí)間之比為tA：tB=2：1C．粒子A、B的質(zhì)量之比為mA：mB=4：3D．粒子A、B的質(zhì)量之比為mA：mB=2：1【答案】BD【解析】【詳解】AB．粒子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)可知，粒子A、B在電場中飛行的時(shí)間之比為故A錯(cuò)誤，B正確；CD．粒子在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有聯(lián)立解得故C錯(cuò)誤，D正確。故選BD。5．如圖所示，有質(zhì)子()、氘核()、氚核()和氦核()四種帶電粒子，先后從加速電壓是U1的加速電場中的P點(diǎn)由靜止釋放，被加速后從B板的小孔射出沿CD間的中線進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，都能夠從偏轉(zhuǎn)電場的另一端射出。如果不計(jì)重力的影響，以下判斷中正確的是（

）A．質(zhì)子()的偏轉(zhuǎn)位移y最大B．氘核()的偏向角最小C．氦核()射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的動(dòng)能最大D．氚核()的射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度最大【答案】C【解析】【詳解】A．在加速電場中，根據(jù)動(dòng)能定理有在偏轉(zhuǎn)電場中，帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，則有聯(lián)立可得所以四種帶電粒子的偏轉(zhuǎn)位移相同，故A錯(cuò)誤；B．帶電粒子的偏向角為所以四種帶電粒子的偏向角相等，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)動(dòng)能定理可得帶電粒子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的動(dòng)能為由于氦核()的電荷量最大，所以氦核()射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的動(dòng)能最大，故C正確；D．帶電粒子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度為由于質(zhì)子()的比荷最大，所以質(zhì)子()的射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度最大，故D錯(cuò)誤；故選C。6．（多選）如圖所示，矩形區(qū)域ABCD內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場，兩個(gè)帶正電的粒子a和b以相同的水平速度射入電場，粒子a由頂點(diǎn)A射入，從BC的中點(diǎn)P射出，粒子b由AB的中點(diǎn)O射入，從頂點(diǎn)C射出，若不計(jì)重力，則()A．a(chǎn)和b在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為1∶2B．a(chǎn)和b在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為2∶1C．a(chǎn)和b的比荷之比為1∶8D．a(chǎn)和b的比荷之比為8∶1【答案】AD【解析】【詳解】AB．兩個(gè)粒子在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，a、b兩粒子的水平位移大小之比為1∶2，根據(jù)可知運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為1∶2；B錯(cuò)誤，A正確；CD．粒子在豎直方向上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)兩粒子在豎直方向上的位移大小之比為2∶1，則a、b的加速度大小之比為8∶1，根據(jù)牛頓第二定律知加速度大小則加速度之比等于兩粒子的比荷之比，故兩粒子的比荷之比為8∶1，C錯(cuò)誤D正確。故選AD。7．長為的平行金屬板水平放置，兩極板帶等量的異種電荷，板間形成勻強(qiáng)電場，一個(gè)帶電荷量為、質(zhì)量為的帶電粒子，以水平初速度緊貼上極板垂直于電場線方向進(jìn)入該電場，剛好從下極板邊緣射出，射出時(shí)速度恰與水平方向成30°角，大小為，如圖所示，不計(jì)粒子重力，求：(1)粒子進(jìn)入電場時(shí)初速度的大??；(2)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小；(3)兩板間的距離。【答案】(1)；(2)；(3)【解析】【詳解】(1)粒子離開電場時(shí)，速度與水平方向夾角為30°，由幾何關(guān)系得速度為(2)帶電粒子在金屬板間做平拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向上有在豎直方向上有又由牛頓第二定律得解得(3)粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上有培優(yōu)第二階——拓展培優(yōu)練8．如圖所示，帶電平行金屬板A、B，板間的電勢(shì)差為U，A板帶正電，B板中央有一小孔。一帶正電的微粒，帶電量為q，質(zhì)量為m，自孔的正上方距板高h(yuǎn)處自由落下，若微粒恰能落至A、B兩板的正中央c點(diǎn)，不計(jì)空氣阻力，則（

）A．微粒在下落過程中動(dòng)能逐漸增加，重力勢(shì)能逐漸減小B．微粒在下落過程中重力做功為，電場力做功為C．微粒落入電場中，電勢(shì)能逐漸增大，其增加量為D．若微粒從距B板高1.5h處自由下落，則恰好能達(dá)到A板【答案】C【解析】【分析】【詳解】A．微粒在下落過程中先做加速運(yùn)動(dòng)，后做減速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能先增大，后減小。重力一直做正功，重力勢(shì)能一直減小。故A錯(cuò)誤；BC．微粒下降的高度為，重力做正功，為電場力向上，位移向下，電場力做負(fù)功所以電勢(shì)能增大，其增加量為，故B錯(cuò)誤，C正確；D．由題微粒恰能落至A過程，由動(dòng)能定理得解得故D錯(cuò)誤。故選C。9．（多選）如圖所示，由粒子源發(fā)出A、兩種的帶正電的粒子，經(jīng)過同一加速電場加速后，形成粒子束進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場中偏轉(zhuǎn)，最終A、兩粒子都落在了偏轉(zhuǎn)電場中的下極板上。這些粒子離開粒子源時(shí)的初速度可視為零，空氣阻力、粒子的重力及粒子之間的相互作用力均可忽略不計(jì)。下列說法正確的是（）A．離開加速電場時(shí)兩粒子速度與它們的比荷成正比B．兩粒子在加速電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與它們的比荷成正比C．兩粒子打在偏轉(zhuǎn)電場下極板時(shí)的動(dòng)能與它們的電荷量成正比D．兩粒子一定打在偏轉(zhuǎn)電場下極板的同一位置，這一位置與粒子本身無關(guān)【答案】CD【解析】【詳解】A．在加速電場中，根據(jù)動(dòng)能定理解得故A錯(cuò)誤；B．設(shè)粒子在加速電場中的加速時(shí)間為，位移為，有兩粒子在加速電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間的平方與它們的比荷成反比，故B錯(cuò)誤；C．從開始運(yùn)動(dòng)到打到偏轉(zhuǎn)電場下板上，設(shè)豎直方向偏移距離為，根據(jù)動(dòng)能定理有則有故C正確；D．粒子在偏轉(zhuǎn)電場中的豎直位移相同，設(shè)為y，因?yàn)閹щ娏Ｗ釉谄D(zhuǎn)電場中的水平位移可知兩粒子打到下極板上的位置相同，故D正確。故選CD。10．兩個(gè)共軸的半圓柱形電極間的縫隙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)域邊緣的M點(diǎn)射入電場，沿圖中所示的半圓形軌道通過電場并從另一邊緣的N點(diǎn)射出，由此可知（）A．若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的質(zhì)量一定相等B．若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的動(dòng)能一定相等C．若入射粒子的比荷相等，則出射粒子的動(dòng)量一定相等D．若入射粒子的比荷相等，則出射粒子的動(dòng)能一定相等【答案】B【解析】【分析】【詳解】根據(jù)電場力提供向心力有解得帶正電的粒子流由電場區(qū)域邊緣的M點(diǎn)射入電場，沿圖中所示的半圓形軌道通過電場并從另一邊緣的N點(diǎn)射出，則軌道半徑保持不變，所以若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的動(dòng)能一定相等。故選B。11．在空間有正方向?yàn)樗较蛴?，場?qiáng)按如圖所示變化的電場，位于電場中A點(diǎn)的電子在t=0時(shí)靜止釋放，運(yùn)動(dòng)過程中只受電場力作用．在t=1s時(shí)，電子離開A點(diǎn)的距離大小為l,那么在t=3s時(shí)，電子將處在（）A．A點(diǎn)右方3l處 B．A點(diǎn)左方2l處C．A點(diǎn)左方3l處 D．A點(diǎn)【答案】C【解析】【詳解】由牛頓第二定律可知qE=ma，加速度的變化與場強(qiáng)的變化一致，所以在前半個(gè)周期粒子向著負(fù)方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，到1s末速度增大到負(fù)向最大，后場強(qiáng)方向反向，粒子向著負(fù)方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，由可知在2s末速度減小到零，以后周而復(fù)始的重復(fù)前一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，由此可知在t=3s時(shí)，電子將處在A點(diǎn)左方3l處，C對(duì)。故選C。12．（多選）如圖甲所示，M、N為正對(duì)豎直放置的平行金屬板，A、B為兩板中線上的兩點(diǎn)。當(dāng)M、N板間不加電壓時(shí)，一帶電小球從A點(diǎn)由靜止釋放經(jīng)時(shí)間T到達(dá)B點(diǎn)，此時(shí)速度為v。若兩板間加上如圖乙所示的交變電壓，t=0時(shí)，將帶電小球仍從A點(diǎn)由靜止釋放，小球運(yùn)動(dòng)過程中始終未接觸極板，則t=T時(shí)，小球（）A．在B點(diǎn)上方 B．恰好到達(dá)B點(diǎn)C．速度大于v D．速度等于v【答案】BD【解析】【詳解】0?T時(shí)間內(nèi)由靜止釋放該小球在豎直方向上依然做自由落體運(yùn)動(dòng)；假設(shè)小球帶正電，在水平方向上向右加速運(yùn)動(dòng)，先向右減速運(yùn)動(dòng)到零，再反向向左做加速度，再向左做減速運(yùn)動(dòng)，因加速和減速的加速度大小相等，則合運(yùn)動(dòng)折線回到B點(diǎn)，此時(shí)水平速度仍為零，則小球到達(dá)B點(diǎn)的速度仍為v；故BD正確，AC錯(cuò)誤。故選BD。13．一束初速度不計(jì)的電子流在經(jīng)U＝5000V的加速電壓加速后在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖所示，若板間距離d＝1.0cm，板長＝5.0cm，電子電量e＝C，那么（1）電子經(jīng)過加速電場加速后的動(dòng)能為多少?（2）要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大的電壓?【答案】(1)J(2)要使電子能飛