人教版(2019)高一物理第一學(xué)期必修第三冊第十章10.5-帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

/2020-2021學(xué)年高一第一學(xué)期物理人教版2019必修第三冊章節(jié)（10）帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)1.如圖所示,A、B兩帶正電粒子質(zhì)量相等,電荷量之比為1:4。兩粒子在O上方同一位置沿垂直電場方向射入平行板電容器中,分別打在C、D兩點(diǎn),OC=CD忽略粒子重力及粒子間的相互作用,下列說法正確的是(

)A.A和B在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為1:2

B.A和B運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比為4:1

C.A和B的初速度大小之比為1:4

D.A和B的位移大小之比為1:22.如圖所示,正電荷在電場中從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),則運(yùn)動(dòng)過程中(

)A.電場力做負(fù)功、電勢能減小 B.電場力做正功、電勢能減小

C.電場力做負(fù)功、電勢能增加 D.電場力做正功、電勢能增加3.反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團(tuán)在電場中的振蕩來產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過程類似：已知靜電場的方向平行于軸，其電勢隨的分布如圖所示，一質(zhì)量，帶電荷量大小為的帶負(fù)電的粒子從（-1,0）點(diǎn)由靜止開始，僅在電場力作用下在軸上往返運(yùn)動(dòng)。忽略粒子的重力等因素，則（）A.軸上點(diǎn)左側(cè)的電場強(qiáng)度方向與軸正方向同向B.軸上點(diǎn)左側(cè)電場強(qiáng)度和右側(cè)電場強(qiáng)度的大小之比C.該粒子運(yùn)動(dòng)的周期D.該粒子運(yùn)動(dòng)的最大動(dòng)能4.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電小球在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡在豎直平面（紙面）內(nèi)，如圖所示，且關(guān)于過軌跡最右端的N點(diǎn)的水平直線對稱.已知重力加速度為g，忽略空氣阻力.由此可知()A.勻強(qiáng)電場的方向水平向左 B.勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E可能等于C.小球在M點(diǎn)的電勢能比在N點(diǎn)的大 D.M點(diǎn)的電勢比N點(diǎn)的高5.如圖所示，在與水平面成30°角放置的平行板電容器中，存在電場強(qiáng)度的勻強(qiáng)電場，兩板間距為，m，q為別為下極板右側(cè)內(nèi)邊緣處負(fù)點(diǎn)電荷的質(zhì)量和帶電荷量，靜止釋放點(diǎn)電荷后，點(diǎn)電荷會(huì)運(yùn)動(dòng)到正極板，則該點(diǎn)電荷在運(yùn)動(dòng)過程中（）A.重力勢能增大，電勢能減小 B.到達(dá)正極板所用時(shí)間為C.電場力做的功為 D.到達(dá)正極板時(shí)的動(dòng)能為6.帶電粒子僅在電場力作用下，從電場中點(diǎn)以初速度進(jìn)入電場并沿虛線所示的軌跡運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)，如圖，從到過程中，下列說法正確的是()A．粒子帶負(fù)電荷B．粒子先加速后減速C．粒子速度一直增大D．粒子的機(jī)械能先減小后增大7.在真空中某點(diǎn)電荷的電場中，將帶電荷量為的負(fù)試探電荷分別置于、兩點(diǎn)時(shí)，試探電荷所受電場力的方向如圖所示，分別在和平面內(nèi)，與軸負(fù)方向成角，與軸負(fù)方向成角。已知試探電荷在點(diǎn)受到的電場力大小為，靜電力常量為。則以下判斷正確的是()A．電場力的大小大于B．三點(diǎn)電勢關(guān)系為C．點(diǎn)電荷帶正電，且大小為D．在平面上移動(dòng)該試探電荷，電場力不做功8.如圖所示，一光滑絕緣足夠長的斜面與兩個(gè)固定等量負(fù)點(diǎn)電荷連線的中垂面重合，為兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)為斜面上的兩點(diǎn)，且。一個(gè)帶電荷量為、質(zhì)量為，可視為質(zhì)點(diǎn)的小物塊，從點(diǎn)以初速度開始沿斜面下滑，到達(dá)點(diǎn)速度恰好為零。(斜面對電場無影響)以下說法正確的是()A.小物塊帶正電，從運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)，電勢能先減小后增大B.小物塊帶負(fù)電，從運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)，加速度先增大后減小C.小物塊運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)時(shí)具有最大速度D.小物塊能回到點(diǎn)，且回到點(diǎn)時(shí)的速度大小小于9.如圖所示，一絕緣棒與水平面成α角傾斜放置，帶電荷量為、質(zhì)量為m的小球套在棒上，小球與棒之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.整個(gè)裝置處在方向水平向右且與棒及其投影所確定的平面平行的勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度大小為E.當(dāng)小球沿棒下滑的距離為L時(shí)，小球的動(dòng)能增加了.下列說法正確的是()A.小球沿棒下滑過程中，小球的電勢能減小了B.小球沿棒下滑過程中，小球的機(jī)械能增加了C.小球沿棒下滑過程中，產(chǎn)生的內(nèi)能為D.小球沿棒下滑過程中，小球受到的摩擦力和電場力做功之和等于10.如圖所示，半徑為的圓所在平面與某一勻強(qiáng)電場平行,為圓周上三個(gè)點(diǎn)，為圓心，為中點(diǎn)。粒子源從點(diǎn)沿不同方向發(fā)出速率均為的帶正電的粒子，已知粒子的質(zhì)量為、電量為(不計(jì)重力和粒子之間的相互作用力)。若沿方向入射的粒子恰垂直方向過點(diǎn)。則以下說法正確的是（）A.三點(diǎn)電勢高低為：B.沿垂直方向入射的粒子可能經(jīng)過點(diǎn)C.若，則過D點(diǎn)速率可能為D.若，則勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)為11.如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)電場中，質(zhì)量為的帶電小球，以初速度從點(diǎn)豎直向上運(yùn)動(dòng)，通過點(diǎn)時(shí)，速度大小為，方向與電場方向相反，則小球從運(yùn)動(dòng)到的過程()A.動(dòng)能增加 B.機(jī)械能增加C.重力勢能增加 D.電勢能增加12.如圖甲為一對長度為L的平行金屬板，在兩板之間加上如圖乙所示的電壓.現(xiàn)沿兩板的中軸線從左端向右端連續(xù)不斷射入初速度為的相同帶電粒子（重力不計(jì)），且所有粒子均能從平行金屬板的右端飛出，若粒子在兩板之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為T，則粒子最大偏轉(zhuǎn)位移與最小偏轉(zhuǎn)位移的大小之比是()A.1:1 B.2:1 C.3:1 D.4:1.時(shí)刻與時(shí)刻電子在不位置.時(shí)刻、時(shí)刻、時(shí)刻子所在位置的電勢別為，其大小比較有.時(shí)刻、時(shí)刻、時(shí)刻子所在位置的場強(qiáng)小別為，其大小比較有.電子從時(shí)刻運(yùn)動(dòng)至?xí)r刻，連續(xù)運(yùn)動(dòng)至?xí)r刻電場力先做正功后負(fù)功14.如圖所示,有三個(gè)質(zhì)量相等的分別帶正電、負(fù)電和不帶電的小球,從兩水平放置的金屬板左側(cè)中央以相同的水平初速度先后射入電場中,最后在正極板上打出三個(gè)點(diǎn),則()A.落到處粒子帶負(fù)電,落到處粒子帶正電B.三種粒子到達(dá)正極板時(shí)速度相同

C.三種粒子到達(dá)正極板時(shí)落在處的粒子機(jī)械能增大,落在處粒子機(jī)械能不變

D.三種粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同15.如圖甲所示，在平行板電容器兩極板間加上如圖乙所示的周期性變化的電壓。開始時(shí)A板的電勢比B板高，此時(shí)兩板中間原來靜止的電子在電場力作用下開始運(yùn)動(dòng)。設(shè)電子在運(yùn)動(dòng)過程中不與極板發(fā)生碰撞，向A板運(yùn)動(dòng)時(shí)的方向?yàn)樗俣鹊恼较颍瑒t下列反映電子的速度隨時(shí)間變化規(guī)律的圖像可能正確的是()A. B.C. D.16.如圖所示,水平放置的平行板電容器,原來兩板不帶電,上極板接地,它的極板長,兩板間距離,有一束相同的帶電微粒以相同的初速度先后從兩板中央平行極板射入,由于重力作用微粒能落到下板上,微粒所帶電荷立即轉(zhuǎn)移到下極板且均勻分布在下極板上。設(shè)前一微粒落到下極板上時(shí)后一微粒才能開始射入兩極板間。已知微粒質(zhì)量為,電荷量,電容器電容為,g取。（1）為使第一個(gè)微粒的落點(diǎn)范圍能在下極板中點(diǎn)O到緊靠邊緣的B點(diǎn)之內(nèi),求微粒入射的初速度的取值范圍

（2）若帶電微粒以第一問中初速度的最小值入射則最多能有多少個(gè)帶電微粒落到下極板上?17.如圖所示,一帶正電質(zhì)子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后,沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場,并從另一側(cè)射出。已知質(zhì)子質(zhì)量為m,電荷量為q,加速電場電壓為Uo,偏轉(zhuǎn)電場可看做勻強(qiáng)電場,極板間電壓為U,極板長度為L,板間距離為d，求：

（1）質(zhì)子射入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的初速度的大小；（2）質(zhì)子在偏轉(zhuǎn)電場中的加速度的大小（3）質(zhì)子從電場射出時(shí)沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離。18.在空間某一區(qū)域，有一勻強(qiáng)電場，一質(zhì)量為的液滴，帶正電荷，電量為，在此電場中恰能沿豎直方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)，則此區(qū)域的電場強(qiáng)度的大小為_______，方向_________。19.如圖所示，質(zhì)量不計(jì)的直角形支架兩端分別連接質(zhì)量為m和的小球A和B.支架的兩直角邊長度均為，可繞固定軸O在豎直平面內(nèi)無摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣阻力不計(jì)．設(shè)A球帶正電，電荷量為球不帶電，處在豎直向下的勻強(qiáng)電場中．開始時(shí)邊處于水平位置，由靜止釋放，當(dāng)桿轉(zhuǎn)過時(shí)，小球A的速度最大，則勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E的大小為________；若在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中桿所能轉(zhuǎn)過的最大角度為，則________（已知，）

參考答案1.答案：C解析：A、粒子電荷量之比為1:4,粒子在豎直方向上做勻加速運(yùn)動(dòng),由

,可知A和B在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為2:1,故A錯(cuò);B、A、B兩帶正電粒子質(zhì)量相等,電荷量之比為1:4,根據(jù)qE=ma,所以A和B運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比為1:4,故B錯(cuò);C、根據(jù)題意OC=CD,兩粒子水平方向上做勻速運(yùn)動(dòng),根據(jù)x=v0t,可知A和B的初速度大小之比為1:4,故C對;D、A和B的位移大小之比為1:2,豎直方向也有位移,那么合位移之比不能等于1:2,故D錯(cuò);故選C2.答案：B

解析：將正點(diǎn)電荷q從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中,正電荷q所受的電場力從A→B,與位移方向相同,所以電場力做正功,電勢能減少,故ACD錯(cuò)誤,B正確。故選:B。3.答案：D4.答案：D解析：帶負(fù)電的小球在勻強(qiáng)電場中及重力場中做類似斜上拋運(yùn)動(dòng)，其軌跡在豎直平面（紙面）內(nèi)，且關(guān)于過軌跡最右端的N點(diǎn)的水平直線對稱，則可判斷小球所受合力的方向水平向左，而重力方向豎直向下，則可知電場力的方向斜向左上方，如圖所示，又因小球帶負(fù)電，所以勻強(qiáng)電場的方向?yàn)樾毕蛴蚁路?，根?jù)幾何知識(shí)可知，即，A、B錯(cuò)誤；小球從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程中電場力做負(fù)功，小球在M點(diǎn)的電勢能小于在N點(diǎn)的，又小球帶負(fù)電，故可知M點(diǎn)的電勢比N點(diǎn)的高，C錯(cuò)誤，D正確.5.答案：D解析：點(diǎn)電荷受力分析如圖所示.根據(jù)平行四邊形定則可知，合力水平向左，大小為即點(diǎn)電荷沿水平方向向左勻加速運(yùn)動(dòng)到正極板，所以重力不做功，重力勢能不變，A錯(cuò)誤；根據(jù)，，解得，所以B錯(cuò)誤；電場力做的功,C錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理得,D正確。6.答案：D解析：A.粒子受到的電場力沿電場線方向，故粒子帶正電，故A錯(cuò)誤；B.圖象知粒子受電場力向右，所以先向左做減速運(yùn)動(dòng)后向右加速運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤。C.據(jù)軌跡彎曲程度，知電場力的方向沿電場線切線方向向右，從a點(diǎn)到b點(diǎn)，電場力先做負(fù)功，再做正功，電勢能先增加后降低，動(dòng)能先變小后增大。根據(jù)電場線的疏密知道場強(qiáng)先小后大，故加速度先小后大，C錯(cuò)誤，D正確。故選：D7.答案：C解析：由題，分別在和平面內(nèi)，可知點(diǎn)電荷即在平面內(nèi)，也在平面內(nèi)，所以一定在坐標(biāo)軸上，過點(diǎn)沿的方向延長，與軸交于點(diǎn)，設(shè)之間的距離為，由幾何關(guān)系得則,之間的距離連接，則受到的電場力的方向沿的方向。由幾何關(guān)系得可知b點(diǎn)到O點(diǎn)的距離也是r，b到Q之間的距離也是A．b與a到Q點(diǎn)的距離相等，根據(jù)庫侖定律可知，試探電荷在b點(diǎn)受到的電場力與在a點(diǎn)受到的電場力是相等的，所以故A錯(cuò)誤；B．負(fù)電荷受到的電場力指向Q，根據(jù)異性電荷相互吸引可知，Q帶正電，由于距離正電荷越近電勢越高，所以O(shè)點(diǎn)的電勢高，b與a點(diǎn)的電勢相等，即故B錯(cuò)誤；C．由于點(diǎn)電荷Q帶正電，根據(jù)庫侖定律解得點(diǎn)電荷Q的電荷量為故C正確；D．平面上各點(diǎn)到Q的距離不一定相等，所以各點(diǎn)的電勢不一定相等，則在平面上移動(dòng)該試探電荷，電場力不一定不做功，故D錯(cuò)誤。8.答案：A9.答案：C解析：小球沿棒下滑過程中，小球所受電場力做功為，所以小球電勢能增加了，A錯(cuò)誤；小球沿棒下滑過程中，重力勢能減少，B錯(cuò)誤；小球沿棒下滑過程中，產(chǎn)生的內(nèi)能為，C正確；小球沿棒下滑過程中，小球受到的摩擦力和電場力做功之和等于機(jī)械能的變化量，D錯(cuò)誤.10.答案：D11.答案：B解析：小球的運(yùn)動(dòng)可以看成豎直方向的豎直上拋和水平方向在電場力作用下的初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。A.小球的動(dòng)能增加量為，故A錯(cuò)誤；B.除重力外,只有電場力做功,電場力做功等于小球的機(jī)械能增加量,電場力做功等于水平方向小球動(dòng)能的增加量,即小球的機(jī)械能增加量為，故B正確；C.豎直方向只有重力做功,小球做豎直上拋運(yùn)動(dòng),到達(dá)N點(diǎn)豎直速度為0,豎直方向動(dòng)能減小量為,即重力是能增加，故C錯(cuò)誤；D.電場力做正功，電勢能減小，故D錯(cuò)誤；故選：B。12.答案：C解析：設(shè)偏轉(zhuǎn)電場電壓不為零時(shí)，粒子在偏轉(zhuǎn)場中的加速度為a，若粒子在時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)場，則豎直方向上先加速后勻速然后飛出偏轉(zhuǎn)場，此時(shí)粒子偏轉(zhuǎn)位移最大，.若粒子在時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)場，則豎直方向上先靜止后加速然后飛出偏轉(zhuǎn)場，此時(shí)粒子偏轉(zhuǎn)位移最小，.則粒子最大偏轉(zhuǎn)位移與最小偏轉(zhuǎn)位移的大小之比是3:1.故C項(xiàng)正確，A、B、D錯(cuò)誤.13.答案：C解析：根據(jù)速度?時(shí)間圖象的斜率的絕對值表示加速度大小以及牛頓第二定律可知,圖象的斜率的絕對值表示電場力大小即場強(qiáng)大小,故有：，故C正確。14.答案：A解析：A.三粒子水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),水平位移：，由于初速度相同，所用時(shí)間越長則水平位移越大，所用A粒子帶負(fù)電，B粒子不帶電，C粒子帶正電，故A正確。D.根據(jù)題意，三小球在豎直方向都做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，球到達(dá)下極板時(shí)，在豎直方向產(chǎn)生的位移h相等：，解得：；由于平行板間有豎直向上的電場,正電荷在電場中受到向上的電場力,向下的合力最小,向下的加速度最小,負(fù)電荷受到向下的電場力,向下的合力最大,向下的加速度最大,不帶電的小球做平拋運(yùn)動(dòng),加速度為重力加速度g,根據(jù)得到正電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長，負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短，不帶電的小球所用時(shí)間處于中間；故D錯(cuò)誤。B.C.3種粒子下落過程有重力和電場力做功,它們的初動(dòng)能相同,根據(jù)動(dòng)能定理合力做功越多則末動(dòng)能越大,而重力做功相同,A粒子帶負(fù)電,電場力做正功;B粒子不帶電,電場力不做功;C粒子帶正電電場力做負(fù)功;所以動(dòng)能，故BC錯(cuò)誤。故選：A.15.答案：A解析：在前半個(gè)周期內(nèi)，A板的電勢高，電場的方向向右，電子受到的電場力方向水平向左，電子向左做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在后半個(gè)周期，電場水平向左，電子所受的電場力水平向右，電子向左做