2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 專題1.9 帶電粒子在電場中的運(yùn)動課時同步試題 新人教版選修3-1.doc

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第9節(jié) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動 1．如圖所示，豎直平行金屬板分別與電源正、負(fù)極相接，一帶電顆粒沿圖中直線從A向B運(yùn)動，則該帶電顆粒 A．動能減小 B．電勢能減小 C．機(jī)械能減小 D．可能帶負(fù)電 【答案】B 2．（2018高考物理精準(zhǔn)押題卷）ABCD區(qū)域內(nèi)存在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場，一帶正電為q的帶電小球用長為l輕質(zhì)細(xì)繩系于O點(diǎn)且繩子不可伸長，小球所受電場力為重力的5倍，如圖所示在距O點(diǎn)為0.8l處有一個釘子，此時繩與豎直方向夾角為30，小球離開電場時繩子恰好斷裂，則下列說法正確的是 A．小球擺動過程中機(jī)械能守恒 B．碰到釘子時小球的速度為 C．小球離開電場能上升的最大高度為 D．小球飛出電場時所受繩子的最大拉力為 【答案】C 3．（2018四川省成都市高三下學(xué)期高考模擬）在豎直平面內(nèi)有水平向右、場強(qiáng)為E=1104 N/C的勻強(qiáng)電場。在場中有一根長L=2 m的絕緣細(xì)線，一端固定在O點(diǎn)，另一端系質(zhì)量為0.04 kg的帶電小球，它靜止時細(xì)線與豎直方向成37角。如圖所示，給小球一個初速度讓小球恰能繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，取小球在靜止時的位置為電勢能和重力勢能的零點(diǎn)，下列說法正確的是（cos37=0.8，g=10 m/s2） A．小球所帶電量為q=3.510-5 C xk.w B．小球恰能做圓周運(yùn)動動能最小值是0.96 J C．小球恰能做圓周運(yùn)動的機(jī)械能最小值是1.54 J D．小球恰能做圓周運(yùn)動的機(jī)械能最小值是0.5 J 【答案】C 【解析】對小球進(jìn)行受力分析如圖所示： 根據(jù)平衡條件得：，解得：，故A錯誤；由于重力和電場力都是恒力，所以它們的合力也是恒力 ，由C運(yùn)動到A，，所以C點(diǎn)的機(jī)械能為，即機(jī)械能的最小值為1.54 J，故C正確，D錯誤。 【點(diǎn)睛】根據(jù)小球在平衡位置合力為0，可以求出小球所受的電場力從而得出小球的帶電荷量；根據(jù)小球恰好在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動這一臨界條件，知，在平衡位置處合外力提供圓周運(yùn)動的向心力從而求出小球動能的最小值。抓住小球能量守恒，電勢能最大處小球的機(jī)械能最小，根據(jù)做功情況分析。 4．如圖為示波管的原理圖，如果在電極Y、Y′之間所加的電壓按圖甲所示的規(guī)律變化，在電極X、X′之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是圖中的 【答案】B 【解析】在0~2t1時間內(nèi)，掃描電壓掃描一次，信號電壓完成一個周期，當(dāng)UY為正的最大值時，電子打在熒光屏上的最大位移處，當(dāng)UY為負(fù)的最大值時，電子打在熒光屏上的最大負(fù)位移處，因此一個周期內(nèi)熒光屏上的圖象為B。 5．（2018甘肅省天水市第一中學(xué)高三下學(xué)期第三次模擬）如圖所示，豎直平面內(nèi)有一固定的光滑橢圓大環(huán)，其長軸長BD=4L、短軸長AC=2L，勁度系數(shù)為k的輕彈簧上端固定在大環(huán)的中心O，下端連接一個質(zhì)量為m、電荷量為q，可視為質(zhì)點(diǎn)的小環(huán)。小環(huán)剛好套在大環(huán)上且與大環(huán)及彈簧絕緣，整個裝置處在水平向右的勻強(qiáng)電場中。將小環(huán)從A點(diǎn)由靜止釋放、小環(huán)運(yùn)動到B點(diǎn)時速度恰好為0。已知小環(huán)在A、B兩點(diǎn)時彈簧的形變量大小相等，則 A．電場強(qiáng)度的大小 B．小環(huán)從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中，彈簧的彈力不做功 C．小環(huán)從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中，彈簧的彈性勢能先減小后增大 D．小環(huán)在A點(diǎn)時受到大環(huán)對它的彈力大小F=mg-kL 【答案】C 在A點(diǎn)；在B點(diǎn)，解得小環(huán)在A點(diǎn)時，彈簧壓縮量為，受到大環(huán)對它的彈力為，D錯誤。 6．如圖，兩平行金屬板水平放置，板長為L，間距為d，板間電壓為U，一個不計重力的電荷量為q的帶電粒子以初速度v0沿兩板的中線射入，恰好沿下板的邊緣飛出，粒子通過平行金屬板的時間為t，則 A．在時間內(nèi)，電場力對粒子做的功為 B．在時間內(nèi)，電場力對粒子做的功為 C．在粒子下落的前和后過程中，電場力做功之比為1:2 D．在粒子下落的前和后過程中，電場力做功之比為1:1 【答案】D 【名師點(diǎn)睛】本題考查了帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)，屬于類平拋運(yùn)動；解題時要熟練掌握其研究方法，運(yùn)動的合成與分解，并要抓住水平方向是勻速運(yùn)動，根據(jù)豎直方向是初速度為零的勻加速運(yùn)動的一些推論，研究位移和時間關(guān)系。 7．（2018內(nèi)蒙古赤峰市重點(diǎn)高中模擬）如圖所示，為固定的光滑半圓形軌道，軌道半徑為為水平直徑的兩個端點(diǎn)，為圓弧，為豎直向下的有界勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度的大小，一個質(zhì)量為，電荷量為一的帶電小球，從點(diǎn)正上方高為處由靜止釋放，并從點(diǎn)沿切線進(jìn)入半圓軌道，小球運(yùn)動過程中電量不變，不計空氣阻力，已知重力加速度為，關(guān)于帶電小球的運(yùn)動情況，下列說法正確的是 A．若，則小球剛好沿軌道到達(dá)點(diǎn) B．若，則小球到達(dá)點(diǎn)的速度為零 C．若，則小球到達(dá)點(diǎn)時對軌道壓力為 D．若，則小球到達(dá)點(diǎn)的速度為 【答案】BCD 根據(jù)動能定理：mg2R?qER=，得vB=0，故B正確；小球H=4R開始運(yùn)動到B點(diǎn)，根據(jù)動能定理：mg4R?qER=，得vB=2，故D正確。 8．如圖所示為某粒子分析器的簡化結(jié)構(gòu)。金屬板P、Q相互平行，兩板通過直流電源、開關(guān)相連，其中Q板接地。一束帶電粒子，從a處以一定的初速度平行于金屬板P、Q射入兩板之間的真空區(qū)域，經(jīng)偏轉(zhuǎn)后打在Q板上如圖所示的位置。在其他條件不變的情況下，要使該粒子束能從Q板上的b孔射出（不計粒子重力和粒子間的相互影響），下列操作中可能實現(xiàn)的是 A．保持開關(guān)S閉合，適當(dāng)上移P極板 B．保持開關(guān)S閉合，適當(dāng)左移P極板 C．先斷開開關(guān)S，再適當(dāng)上移P極板 D．先斷開開關(guān)S，再適當(dāng)左移P極板 【答案】A 【解析】粒子束在平行板電容器之間做類平拋運(yùn)動，要使該粒子束能從Q板上的b孔射出，需要增大粒子平拋運(yùn)動的水平位移，豎直方向勻加速直線運(yùn)動，加速度，則有a到下極板的距離，從而可得運(yùn)動時間，水平方向的位移， 【名師點(diǎn)睛】粒子平行極板進(jìn)入平行板電容器電場，為類平拋運(yùn)動，電場方向即初速度０的勻加速直線運(yùn)動，初速度方向勻速直線運(yùn)動，整體為類平拋，選項設(shè)置各種變量，所以我們需要一次性找到水平位移和其他各個變量的定量關(guān)系，寫出關(guān)系式，后面選項只要對照關(guān)系式即可。xk,w 9．（2018百校聯(lián)盟高考名師猜題保溫金卷）三個質(zhì)量相等，分別帶正電、負(fù)電和不帶電的粒子，從帶電平行金屬板左側(cè)中央以相同的水平初速度v0先后垂直電場進(jìn)入，并分別落在正極板的A、B、C三處，O點(diǎn)是下極板的左端點(diǎn)，且OC=2OA，AC=2BC，如圖所示，則下列說法正確的是 A．三個粒子在電場中運(yùn)動的時間之比tA:tB:tC=2:3:4 B．三個粒子在電場中運(yùn)動的加速度之比aA:aB:aC=1:3: 4 C．三個粒子在電場中運(yùn)動時動能的變化量之比EkA:EkB:EkC=36:16:9 D．帶正、負(fù)電荷的兩個粒子的電荷量之比為7:20 【答案】ACD 即B不帶電，A帶負(fù)電，C帶正電，由牛頓第二定律得：，解得：，故D正確。 【點(diǎn)睛】三個質(zhì)量相等的微粒在電場中都做類平拋運(yùn)動，根據(jù)水平位移的大小比較出運(yùn)動的時間，根據(jù)豎直位移相等，比較出粒子在豎直方向上的加速度，從而判斷出電荷的電性。根據(jù)動能定理比較三個微粒到達(dá)極板時的動能。 10．如圖甲，A、B是一對平行金屬板，在兩板間加有周期為T的交變電壓U0，A板電勢為φA=0，B板電勢為φB隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示?，F(xiàn)有一個電子從A板的小孔進(jìn)入兩板間的電場中，設(shè)電子的初速度和重力的影響均可忽略，則 A．若電子是在t=0時刻進(jìn)入的，它將一直向B板運(yùn)動 B．若電子是在t=T/8時刻進(jìn)入的，它可能時而向B板運(yùn)動，時而向A板運(yùn)動，最后打在B板上 C．若電子是在t=3T/8時刻進(jìn)入的，它可能時而向B板運(yùn)動，時而向A板運(yùn)動，最后打在B板上 D．若電子是在t=T/2時刻進(jìn)入的，它可能時而向B板運(yùn)動，時而向A板運(yùn)動 【答案】AB 【解析】若電子在t=0時刻進(jìn)入的，在一個周期內(nèi)，前半個周期受到的電場力向上，向上做加速運(yùn)動，后半個周期受到的電場力向下，繼續(xù)向上做減速運(yùn)動，T時刻速度為零，接著周而復(fù)始，所以電子一直向B板運(yùn)動，一定會到達(dá)B板，故A正確；若電子是在時刻進(jìn)入的，在一個周期內(nèi)：在，電子受到的電場力向上，向上做加速運(yùn)動，在內(nèi)，受到的電場力向下，繼續(xù)向上做減速運(yùn)動，時刻速度為零，接著繼續(xù)向B板運(yùn)動，周而復(fù)始，所以電子時而向B板運(yùn)動，時而向A板運(yùn)動，最后打在B板上，故B正確；若電子是在時刻進(jìn)入的，與在時刻進(jìn)入時的情況相似，在運(yùn)動一個周期的時間內(nèi)，時而向B板運(yùn)動，時而向A板運(yùn)動，總的位移向左，最后穿過A板，故C錯誤；若電子是在時刻進(jìn)入的，在一個周期內(nèi)：在，電子受到的電場力向左，向左做加速運(yùn)動，在內(nèi)，受到的電場力向右，繼續(xù)向左做減速運(yùn)動，時刻速度為零，接著周而復(fù)始，所以電子一直向A板運(yùn)動，一定不會到達(dá)B板，故D錯誤。 11．（2018山東省濰坊市高三第三次高考模擬）如圖甲所示，平行金屬板A、B正對豎直放置，CD為兩板中線上的兩點(diǎn)。A、B板間不加電壓時，一帶電小球從C點(diǎn)無初速釋放，經(jīng)時間T到達(dá)D點(diǎn)，此時速度為v0。在A、B兩板間加上如圖乙所示的交變電壓，t=0帶電小球仍從C點(diǎn)無初速釋放，小球運(yùn)動過程中未接觸極板，則t=T時，小球 A．在D點(diǎn)上方 B．恰好到達(dá)D點(diǎn) C．速度大于v D．速度小于v 【答案】B 【點(diǎn)睛】平行板電容器兩極板帶電后形成勻強(qiáng)電場，帶電離子在電場中受到電場力和重力的作用，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，根據(jù)分運(yùn)動和合運(yùn)動的關(guān)系分析即可求解。 12．（2018廣東省廣州市華南師大附中三模）如圖所示，粗糙程度均勻的絕緣斜面下方O點(diǎn)處有一正點(diǎn)電荷，帶正電的小物體以初速度v1從斜面底端M處沿斜面上滑，能沿斜面運(yùn)動到達(dá)N點(diǎn)，若小物體電荷量保持不變，OM=ON，P為MN的中點(diǎn)，則小物體 A．在M、N點(diǎn)的動能相等 B．在M、N點(diǎn)的電勢能相等 C．在MP段、PN段克服摩擦力做功相同 D．小物體在P點(diǎn)所受的摩擦力最大 【答案】BC 【名師點(diǎn)睛】此題關(guān)鍵是掌握點(diǎn)電荷的電場分布特點(diǎn)，分析物塊在斜面上運(yùn)動時的受力情況，尤其是受電場力的情況，結(jié)合能量關(guān)系分析解答。 13．（2018重慶市江津區(qū)高三預(yù)測）如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的內(nèi)壁光滑的絕緣管做成的圓環(huán)半徑為R，管的內(nèi)徑遠(yuǎn)小于R。ab為該環(huán)的水平直徑，ab及其以下區(qū)域處于水平向左的勻強(qiáng)電場中?，F(xiàn)將質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶正電小球從管中a點(diǎn)由靜止開始釋放，已知小球釋放后，第一次和第二次經(jīng)過最高點(diǎn)c時對管壁的壓力的大小之比為1:2。則下列說法正確的是 A．小球釋放后，勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度 B．小球釋放后，第n次經(jīng)過最低點(diǎn)d時對管壁的壓力 C．小球釋放后，第一次到達(dá)b點(diǎn)時對管壁的壓力為0 x/kw D．小球釋放后，第n次到達(dá)最高點(diǎn)c時對管壁的壓力 【答案】AD 解得Nb1=2.25mg，選項C錯誤；小球釋放后，第n次到達(dá)最高點(diǎn)c時：由動能定理：；由牛頓第二定律：；小對管壁的壓力，選項D正確。 【名師點(diǎn)睛】此題是帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動問題；關(guān)鍵是能根據(jù)動能定理列得速度表達(dá)式，再根據(jù)牛頓第二定律列得方程即可求解；注意要能判斷小球第一次和第二次經(jīng)過最高點(diǎn)時壓力的方向。 14．（2018天津市十二區(qū)縣重點(diǎn)學(xué)校）如圖所示，平行金屬板A、B在真空中水平正對放置，板長為，分別帶等量異號電荷。質(zhì)量為、電量為的帶正電的粒子（不計重力）以某一速度從點(diǎn)垂直電場的方向射入電場，最后從點(diǎn)射出，射出時速度大小為，方向與初速度方向的夾角為。則帶電粒子在兩極板間運(yùn)動的時間=______，、兩點(diǎn)間的電勢差=______。 【答案】 【解析】粒子的水平速度為，則帶電粒子在兩極板間運(yùn)動的時間，根據(jù)動能定理：，解得。 15．（2018廣東省深圳市菁華中英文實驗中學(xué)高二期中）如圖所示，兩塊相同的金屬板長為L，正對著水平放置，電壓U時，一個質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電粒子，以水平速度從A（上板邊緣）點(diǎn)射入電場，經(jīng)過一段時間后從B點(diǎn)（下板邊緣最右端）射出電場，A、B間的水平距離為L。不計重力影響。求 （1）帶電粒子從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)經(jīng)歷的時間t； （2）A、B問豎直方向的距離y。 【答案】（1） （2） 16．如圖所示，水平放置的平行板電容器與某一電源相連，它的極板長L=0.4 m，兩板間距離d=410–3 m，有一束由相同帶電微粒組成的粒子流，以相同的速度v0從兩板中央平行極板射入，開關(guān)S閉合前，兩板不帶電，由于重力作用微粒能落到下板的正中央，已知微粒的質(zhì)量為m=410–5 kg，電荷量為q=+110–8 C。（g=10 m/s2）求： （1）微粒入射速度v0為多少？ （2）為使微粒能從平行板電容器的右邊射出電場，電容器的上板應(yīng)與電源的正極還是負(fù)極相連？所加的電壓U的范圍？ 【答案】（1）10 m/s （2）與負(fù)極相連 120 Vμmg，所以小物體送減速后反向向左加速，直到滑出電場 根據(jù)牛頓第二定律，小物體向左加速的加速度 小物體在電場中向左運(yùn)動的時間 小物體在電場中運(yùn)動的總時間 18．（2018江蘇省宿遷市）如圖，在xOy平面的第一象限內(nèi)有平行于y軸的有界勻強(qiáng)電場，方向沿y軸正方向；第四象限有一勻強(qiáng)電場，一質(zhì)量、電荷量的帶電粒子，從P點(diǎn)以初速度大小，垂直y軸方向射入電場中，粒子偏轉(zhuǎn)后經(jīng)過x軸上A點(diǎn)進(jìn)入第四象限，并沿直線運(yùn)動的最大距離，已知，，，不計粒子重力，求： （1）粒子的帶電性質(zhì)和粒子在第一象限的加速度大?。? （2）粒子從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的時間； （3）第四象限的勻強(qiáng)電場大小和方向。 【答案】（1） （2） （3）與x軸成37角斜向上 帶電粒子從A到B做勻減速直線運(yùn)動，設(shè)運(yùn)動時間為t2 （3）帶電粒子從A運(yùn)動到B過程中，設(shè)加速度為a2 所以θ=37 E2方向為與x軸成37角斜向上