2020人教版选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动作业

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选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动

思考题
如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！
一、带电粒子的加速（v0>0)
+q m v0
匀速
+ ++ + + ++ +
E
加速
_ __ __ __ _
v=?
匀速
U
U
例题1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。
U
1、受力分析:
+ q m F _
水平向右的电场力 F＝Eq=qU/d
d
带电粒子的加速
2、运动分析: 初速度为零，加速度为 a=qU/md 的向右匀加速直线运动。
解法二运用动能定理求解
解法一运用运动学知识求解
qU 2qU v 2ad 2 d md m
2
v
2qU m
1 qU m v2 2 2q U v m
tan v 2 mdv0 0
类侧移量平 vy u q l 抛 tan 偏转角度 2 vx d m v0 运动粒子好像是从入射线中点直接射出来的
1 2 1u q l y at 2 2 d m vo
2
结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀
思考题：
让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。

人教版高二物理选修3-1第一章 1.9 基础专练：带电粒子在非匀强电场中的运动(含答案)

高中物理人教版选修3-11.9 带电粒子在非匀强电场中的运动基础专练一、单选题1．某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用，其运动轨迹如图中虚线所示，由M 运动到N，以下说法正确的是A．粒子必定带负电荷B．粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度C．粒子在M点的电势能小于它在N点的电势能D．粒子在M点的动能小于它在N点的动能2．如图是某一电场中的一簇电场线，现把一个正电荷分别放在AB两点下列说法正确的是（）A．此正电荷在A点受到的电场力比B点大B．此正电荷在A点的电势能比B点大C．电场中B点的电势高于A点的电势D．若把此正电荷从A点静止释放，它将沿电场线运动到B点3．如图所示，实线表示电场线，虚线表示带电粒子运动的轨迹，带电粒子只受电场力的作用，运动过程中电势能逐渐减少，它运动到b处时的运动方向与受力方向可能是( )A．B．C．D．4．带正电荷的小球只受到电场力作用从静止开始运动，它在任意一段时间内A．一定沿电场线由高电势处向低电势处运动B．一定沿电场线由低电势处向高电势处运动C．不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势处运动D．不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电势处运动5．带正电的小球只受电场力作用，则它在任意一段时间内（）A．一定沿着电场线由高电势向低电势方向运动B．一定沿着电场线向电势能减小的方向运动C．不一定沿着电场线运动，但一定向低电势方向运动D．不一定沿着电场线运动，也不一定向电势能减小的方向运动6．如图所示，实线是一簇未标明方向的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b 是轨迹上的两点．若带电粒子在运动中只受电场力的作用，对于a，b 两点下列判断正确的是（）A．电场中a 点的电势较高B．带电粒子在a 点的动能较小C．带电粒子在a 点的加速度较大D．带电粒子一定带正电7．电场中某区域的电场线分布如图所示，A、B是电场中的两点，则A．同一点电荷放在A点受到的静电力比放在B点时受到的静电力小B．因为B点没有电场线，所以电荷在B点不受到静电力作用C．在仅受电场力时，同一点电荷放在B的加速度比放在A点时的加速度小D．正电荷放在A点由静止释放，电场线就是它的运动轨迹8．如图所示，+Q为固定的正电荷，在它的电场中，一电荷量为+q的粒子，从a点以沿ab方向的初速度v0开始运动．若粒子只受电场力作用，则它的运动轨迹可能是图中的（）A．ab直线B．ac曲线C．ad曲线D．ae曲线9．图中实线为一匀强电场的电场线，虚线为一个点电荷仅受电场力作用时的运动轨迹的一部分，则可以知道（）．A．电场线方向向右B．电场线方向向左C．点电荷经过B点时速度比经过A点时速度大D．点电荷经过B点时速度比经过A点时速度小10．某电场线分布如图所示，一带电粒子沿图中虚线所示途径运动，先后通过M点和N点，以下说法正确的是（）A．M、N点的场强E M＞E NB．粒子在M、N点的加速度a M＞a NC．粒子在M、N点的速度v M＞v ND．粒子带正电11．如图所示，实线为两个点电荷Q1、Q2产生的电场的电场线，虚线为电子从A点运动到B点的运动轨迹，则下列判断正确的是A．A 点的场强小于B点的场强B．Q1的电荷量大于Q2的电荷量C．电子在A点的电势能大于在B点的电势能D．电子在A点的速度大于在B点的速度12．A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的微粒仅在静电力作用下以一定的初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度v与时间t的关系图象如图所示。

高中物理选修3-1假期作业(九)带电粒子在电场中的运动

假期作业（九）带电粒子在电场中的运动[温故知新]一、带电粒子在电场中的加速1．运动状态分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一条直线上，做________直线运动．2．功能观点分析：电场力对带电粒子所做的功等于粒子动能的变化，即___________.二、带电粒子在电场中的偏转1．运动状态：带电粒子受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做________运动． 2．处理方法(1)动力学方法：利用_____________思路处理，沿电场方向和垂直于电场方向分解，带电粒子垂直于电场方向做匀速直线运动，沿电场方向做匀变速直线运动，属于类平抛模型，对比平抛运动规律分析．(2)能量方法：确定沿电场方向的位移y ，利用_____________列式，qEy ＝12mv 2－12mv 20.3．规律分析垂直于电场方向：_________；沿电场方向：___________；偏转位移：__________；偏转角：_______________.[典型例题]【例题】反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似．如图所示，在虚线MN 两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从A 点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A 、B 两点间往返运动．已知电场强度的大小分别是E 1＝2.0×103 N/C 和E 2＝4.0×103 N/C ，方向如图所示，带电微粒质量m ＝1.0×10－20kg ，带电量q ＝－1.0×10－9 C ，A 点距虚线MN 的距离d 1＝1.0 cm ，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应．求：(1)B 点距虚线MN 的距离d 2；(2)带电微粒从A 点运动到B 点所经历的时间t .【解析】 (1)带电微粒由A 运动到B 的过程中，由动能定理有qE 1d 1－qE 2d 2＝0，得d 2＝E 1E 2d 1＝0.50 cm. (2)设微粒在虚线MN 两侧的加速度大小分别为a 1、a 2，由牛顿第二定律有qE 1＝ma 1，qE 2＝ma 2.设微粒在虚线MN 两侧运动的时间分别为t 1和t 2，由运动学公式有d 1＝12a 1t 21，d 2＝12a 2t 22，t ＝t 1＋t 2，联立方程解得t ＝1.5×10－8 s.【答案】(1)0.50 cm(2)1.5×10－8 s分析粒子在电场中运动的三种视角：(1)力和运动的关系：分析带电体的受力情况，确定带电体的运动性质和运动轨迹，从力和运动的角度进行分析．(2)分解的思想：把曲线运动分解为两个直线运动进行分析．(3)功能关系：利用动能定理或能量守恒分析求解．[提升训练]一、选择题1．下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场后，速度最大的粒子是()A．质子(11H)B．氘核(21H)C．α粒子(42He) D．钠离子(Na＋)2．带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时(除电场力外不计其他力的作用)()A．电势能增加，动能增加B．电势能减小，动能增加C．电势能和动能都不变D．上述结论都不正确3.如图所示是真空中A、B两板间的匀强电场，一电子由A板无初速度释放运动到B板，设电子在前一半时间内和后一半时间内的位移分别为s1和s2，在前一半位移和后一半位移所经历的时间分别是t1和t2，下面选项正确的是()A．s1∶s2＝1∶4，t1∶t2＝ 2 ∶1B．s1∶s2＝1∶3，t1∶t2＝ 2 ∶1C．s1∶s2＝1∶4，t1∶t2＝1∶(2－1)D．s1∶s2＝1∶3，t1∶t2＝1∶(2－1)4．(多选)带有同种电荷的各种带电粒子(不计重力)沿垂直电场方向入射到平行带电金属板之间的电场中，并都能从另一侧射出．以下说法正确的是()A．若粒子的带电量和初动能相同，则离开电场时它们的偏向角φ相同B．若质量不同的带电粒子由静止开始经相同电场加速后进入该偏转电场，则离开电场时它们的偏向角φ相同C．若带电粒子由静止开始经相同电场加速后进入该偏转电场，离开电场时其偏移量y 与粒子电荷量成正比D．若带电粒子以相同的初速度进入该偏转电场，离开电场时其偏移量y与粒子的比荷成正比5．(多选)欧洲核子研究中心于2008年9月启动了大型强子对撞机，如图甲所示，将一束质子流注入长27 km的对撞机隧道，使其加速后相撞，创造出与宇宙大爆炸之后万亿分之一秒时的状态相类似的条件，为研究宇宙起源和各种基本粒子特性提供强有力的手段．设n 个金属圆筒沿轴线排成一串，各筒相间地连到正负极周期性变化的电源上，图乙所示为其简化示意图．质子束以一定的初速度v0沿轴线射入圆筒实现加速，则()A．质子在每个圆筒内都做加速运动B．质子只在圆筒间的缝隙处做加速运动C．质子穿过每个圆筒时，电源的正负极要改变D．每个筒长度都是相等的6．如图，平行板电容器板间电压为U，板间距为d，两板间为匀强电场，让质子流以初速度v0垂直电场射入，沿a轨迹落到下板的中央，现只改变其中一条件，让质子沿b轨迹落到下板边缘，则可以将()A ．开关S 断开B ．初速度变为v 02C ．板间电压变为U4D ．竖直移动上板，使板间距变为2d7．如图所示，在足够大的平行金属板M 、N 内部左侧中央P 有一质量为m 的带电粒子(重力不计)以水平速度v 0射入电场并打在 N 板的 O 点．改变R 1或R 2的阻值，粒子仍v 0射入电场，则( )A ．该粒子带正电B ．减小R 2，粒子还能打在O 点C ．减小R 1，粒子将打在O 点右侧D ．增大R 1，粒子在板间运动时间不变8．如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A 、B 、C 中央各有一小孔，小孔分别位于O 、M 、P 点．由O 点静止释放的电子恰好能运动到P 点．现将C 板向右平移到P ′点，则由O 点静止释放的电子( )A ．运动到P 点返回B ．运动到P 和P ′点之间返回C ．运动到P ′点返回D ．穿过P ′点二、非选择题9．一束初速度不计的电子流在经U＝5 000 V的加速电压加速后，在距离两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示，若板间距离d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，则：(1)要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？(2)若在偏转电场右侧距极板右边缘x＝2.5 cm处放置一半径R＝0.5 cm的光屏(中线过光屏中心且与光屏垂直)，要使电子能从平行板间飞出，且打到光屏上，则两个极板上最多能加多大电压？假期作业（九）带电粒子在电场中的运动[温故知新]一、带电粒子在电场中的加速 1．匀变速． 2．qU ＝12mv 2－12mv 20.二、带电粒子在电场中的偏转1．类平抛． 2．处理方法 (1)运动的合成与分解 (2)动能定理 3．规律分析 l ＝v 0t ； y ＝qU 2dm t 2； y ＝qU 2dm ·l 2v 20； tan θ＝v y v 0＝qU dm ·l v 20.[提升训练]1.解析：粒子在电场中做加速运动，根据动能定理可知，qU ＝12m v 2－0，解得v ＝2qUm，粒子的比荷越大，速度越大，故质子的速度最大，A 选项正确．答案：A2.解析：根据能量守恒定律可知，只有电场力做功的情况下，动能和电势能之和保持不变，即带电粒子受电场力做正功，电势能减小，动能增加，故B 选项正确．答案：B3.解析：s 1＝12at 2，s 2＝12a (2t )2－12at 2＝32at 2，s 1∶s 2＝1∶3，x ＝12at 21，t 1＝2x a ，2x ＝12at ′2，t 2＝t ′－t 1＝4xa－2xa ，t 1∶t 2＝1∶(2－1)，故D 正确．答案：D4.解析：粒子做类平抛运动，偏向角tan φ＝v y v x ＝qUL dm v 20∝ULd ，若粒子的带电量和初动能相同，则离开电场时它们的偏向角φ相同，A 选项正确；加速电场中，qU 1＝12m v 20－0，偏向角tan φ＝v y v x ＝qU 2L dm v 20＝U 2L 2dU 1，相同，B 选项正确；偏移量y ＝qU 2L 22dm v 20＝U 2L 24dU 1，偏移量应该相同，C 选项错误；偏移量y ＝qU 2L 22dm v 20∝qm ，若带电粒子以相同的初速度进入该偏转电场，离开电场时其偏移量y 与粒子的比荷成正比，D 选项正确．答案：ABD5.解析：由于同一个金属筒所在处的电势相同，内部无场强，故质子在筒内必做匀速直线运动；而前后两筒间有电势差，故质子每次穿越缝隙时将被电场加速，则B 项对，A 项错；质子要持续加速，下一个金属筒的电势要低，所以电源正负极要改变，故C 项对；质子速度增加，而电源正、负极改变时间一定，则沿质子运动方向，金属筒的长度要越来越长，故D 项错．答案：BC6.解析：质子在匀强电场中做类平抛运动，开关S 断开时，极板间电压恒定不变，电场强度不变，质子仍落到a 点，A 选项错误；质子在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，初速度变为v 02，运动时间不变，水平位移减半，不会落到b 点，B 选项错误；极板间电压变为U 4，匀强电场变为E 4，加速度变为a4，根据运动学公式可知，t ＝2ha，运动时间变为原来的2倍，质子沿 b 轨迹落到下板边缘，C 选项正确；竖直移动上板，使板间距变为2d ，电场场强变为原来的E 2，加速度变为a2，根据运动学公式可知，t ＝2ha，运动时间变为原来的2倍，水平位移为原来的2倍，不能到达下板边缘，D 选项错误．答案：C7.解析：平行板电容器与电阻R 0并联，故极板M 带负电，粒子在电场中向下偏转，所受的电场力方向向下，该粒子带负电，A 选项错误；电阻R 2与平行板串联，电路稳定时，R 2中没有电流，相当于导线，改变R 2，不改变M 、N 间的电压，板间电场强度不变，粒子所受的电场力不变，粒子仍打在O 点，B 选项正确；根据串并联电路的规律可知，减小R 1，电容器两端电压增大，极板间电场强度增大，粒子将打在O 点左侧，C 选项错误；粒子在电场中水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，增大R 1，电容器两端电压减小，极板间电场强度减小，运动时间增大，D 选项错误．答案：B8.解析：分析题意可知，电子在AB 板间做加速运动，在BC 板间做减速运动，恰好运动到P 点，将C 板向右平移到P ′点，则BC 间距变大，根据平行板电容器电容的决定式可知，C ＝εr S 4πkd ，电容减小，电场强度E ＝U d ＝Q Cd ＝4πkQεr S ，分析可知，BC 极板间电场强度恒定不变，故电子仍然运动到P 点返回，A 选项正确．答案：A9.解析：(1)电子在加速过程中，根据动能定理得，eU ＝12m v 20，进入偏转电场，电子在平行于极板的方向上做匀速直线运动，l ＝v 0t ，在垂直于极板的方向上作匀加速直线运动，偏转距离y ＝eU 12dm t 2，能飞出的条件为y ≤12d ，联立解得U 1′≤2Ud 2l 2＝4.0×102 V ，即要使电子能飞出，所加电压最大为400 V .(2)设电子在电场中的偏移量为y ′，极板间所加电压为U 2，根据几何关系可知， l 2l 2＋x ＝y ′R ，其中y ′＝eU 2l 22dm v 20，解得U 2＝200 V . 答案：(1)400 V (2)200 V。

2020-2021学年高中物理选修3-1：1.9带电粒子在电场中的运动(含答案解析)

2020-2021学年高中物理选修3-1：1.9带电粒子在电场中的运动1．下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后速度最大的是()
A．质子11H B．氘核21H
C．α粒子42He D．钠离子Na＋
2．如图所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动．则关于电子到达B板时的速率，下列解释正确的是()
A．两极板间距越大，加速的时间就越长，则获得的速率板越大
B．两极板间距越小，加速的时间就越长，则获得的速率越大
C．获得的速率大小与两极间的距离无关，与所加电压U有关
D．两极板间距离越小，加速的时间越短，则获得的速率越小
3．一束带电粒子以相同的速率从同一位置，垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有粒子的运动轨迹都是一样的．这说明所有粒子()
A．都具有相同的质量
B．都具有相同的电荷量
C．电荷量与质量之比都相同
D．都是同位素
4.
如图所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动，则下列对电子运动的描述中错误的是(设电源电动势为U)()
A．电子到达B板时的动能是Ue
B．电子从B板到达C板动能变化量为零
C．电子到达D板时动能是3Ue
D．电子在A板和D板之间做往复运动
5．(多选)如图甲所示，三个相同的金属板共轴排列，它们的距离与宽度均相同，轴线上开有小孔，在左边和右边两个金属板上加电压U后，金属板间就形成匀强电场；有一个比荷
q
m＝1.0×10
－2C/kg的带正电的粒子从左边金属板小孔A处由静止释放，粒子在静电力作用下从小孔射出(不计粒子重力)，其v－t图像如图乙所示，则下列说法正确的是()
A．左侧金属板接电源的正极
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人教版高中物理选修3-1第一章第9节带电粒子在电场中的运动(有答案)

高中物理带电粒子在电场中的运动§基础知识§知识点一、带电粒子在电场中加速若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的增加量． (1)在匀强电场中：W ＝qEd ＝qU ＝12mv 2－12mv 20或F ＝qE ＝q Ud ＝ma . (2)在非匀强电场中：W ＝qU ＝12mv 2－12mv 20. 知识点二、带电粒子在电场中的偏转(1)条件分析：带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场． (2)运动性质：匀变速曲线运动．(3)处理方法：分解成相互垂直的两个方向上的直线运动，类似于平抛运动． (4)运动规律：①沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间 ⎩⎪⎨⎪⎧a.能飞出电容器：t ＝l v 0.b.不能飞出电容器：y ＝12at 2＝qU 2md t 2，t ＝ 2mdyqU .②沿电场力方向，做匀加速直线运动⎩⎪⎨⎪⎧加速度：a ＝F m ＝qE m ＝Uqmd .离开电场时的偏移量：y ＝12at 2＝Uql 22mdv 2.离开电场时的偏转角：tan θ＝v y v 0＝Uql mdv 20.知识点三、示波管的原理1．示波管是示波器的核心部件，由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空．2．如图所示，电子枪中发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如在电极YY ′之间加一个待显示的信号电压，XX ′偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压，叫做扫描电压．如果信号电压和扫描电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象．§重点详解§一、带电粒子在电场中的直线运动1．带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速；直线还是曲线)，然后选用恰当的规律解题．解决这类问题的基本方法是：(1)采用运动和力的观点：牛顿第二定律和运动学知识求解．(2)用能量转化的观点：动能定理和功能关系求解．2．对带电粒子进行受力分析时应注意的问题(1)要掌握电场力的特点．电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关，还跟带电粒子的电性和电荷量有关．在匀强电场中，同一带电粒子所受电场力处处是恒力；在非匀强电场中，同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同．(2)是否考虑重力要依据情况而定.基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示外，一般不考虑重力(但不能忽略质量)．带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确暗示外，一般都不能忽略重力．【例1】如图所示，质量m＝2.0×10－4kg、电荷量q＝1.0×10－6C的带正电微粒静止在空间范围足够大的电场强度为E的匀强电场中．取g＝10 m/s2.(1)求匀强电场的电场强度E的大小和方向；(2)在t＝0时刻，电场强度大小突然变为E0＝4.0×103 N/C，方向不变．求在t＝0.20 s时间内电场力做的功；(3)在t＝0.20 s时刻突然撤掉电场，求带电微粒回到出发点时的动能．解析(1)因微粒静止，知其受力平衡，对其受力分析有Eq＝mgE ＝mg q ＝2.0×10－4×101.0×10－6N/C ＝2.0×103 N/C ，方向向上 (2)在t ＝0时刻，电场强度大小突然变为E 0＝4.0×103 N/C ，设微粒的加速度为a ，在t ＝0.20 s 时间内上升高度为h ，电场力做功为W ，则qE 0－mg ＝ma 解得：a ＝10 m/s 2 h ＝12at 2解得：h ＝0.20 m W ＝qE 0h 解得：W ＝8.0×10－4 J(3) 设在t ＝0.20 s 时刻突然撤掉电场时微粒的速度大小为v ，回到出发点时的动能为E k ，则 v ＝at由动能定理得mgh ＝E k －12mv 2 解得：E k ＝8.0×10－4 J答案 (1)2.0×103 N/C 方向向上 (2)8.0×10－4 J (3)8.0×10－4 J【例2】静电场方向平行于x 轴，其电势φ随x 的分布可简化为如图5所示的折线，图中φ0和d 为已知量．一个带负电的粒子在电场中以x ＝0为中心、沿x 轴方向做周期性运动，已知该粒子质量为m 、电荷量为－q ，其动能与电势能之和为－A(0<A<qφ0)．忽略重力．求：(1)粒子所受电场力的大小； (2)粒子的运动区间； (3)粒子的运动周期．答案 (1)q φ0d (2)－d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1－A qφ0≤x≤d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1－A qφ0 (3)4d qφ00－解析 (1)由题图可知，0与d(或－d)两点间的电势差为φ0，电场强度的大小E ＝φ0d ，粒子所受电场力的大小F ＝qE ＝qφ0d .(2)设粒子在[－x 0，x 0]区间内运动，速率为v ，由题意得12mv 2－qφ＝－A ① 由题图可知φ＝φ0⎝ ⎛⎭⎪⎫1－|x|d ②由①②得12mv 2＝qφ0⎝ ⎛⎭⎪⎫1－|x|d －A ③因动能非负，有qφ0⎝ ⎛⎭⎪⎫1－|x|d －A≥0，得|x|≤d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1－A qφ0， 0<A<qφ0，故x 0＝d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1－A qφ0④粒子的运动区间满足－d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1－A qφ0≤x≤d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1－A qφ0.(3)考虑粒子从－x 0处开始运动的四分之一周期，根据牛顿第二定律，粒子的加速度a ＝F m ＝qE m ＝qφ0md ⑤ 由匀加速直线运动规律得t ＝2x 0a . 将④⑤代入，得t ＝2md 2qφ0⎝ ⎛⎭⎪⎫1－A qφ0. 粒子的运动周期T ＝4t ＝4dqφ00－.【针对练习】电荷量为q ＝1×10－4 C 的带正电的小物块置于绝缘粗糙水平面上，所在空间存在沿水平方向始终不变的电场，电场强度E 的大小与时间t 的关系和物块的速度v 与时间t 的关系分别如图甲、乙所示，若重力加速度g 取10 m/s 2，根据图象所提供的信息，下列说法错误．．的是 ( )甲乙A ．物块在4 s 内的总位移x ＝6 mB ．物块的质量m ＝0.5 kgC ．物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2D ．物块在4 s 内电势能减少14 J 答案 B解析由题图乙可知，物块前2 s 做匀加速直线运动，在2 s ～4 s 做匀速直线运动，根据v －t 图象所围面积可求得前2 s 位移x 1＝2 m,2 s ～4 s 位移x 2＝4 m ，总位移为x ＝6 m ，A 正确.0～2 s 内，由牛顿第二定律得qE 1－μmg ＝ma ，①且a ＝ΔvΔt ＝1 m/s 2，② 2 s 后物块做匀速运动，有qE 2＝μmg ③由题图甲知E 1＝3×104 N/C 、E 2＝2×104 N/C ，联立①②③可得m ＝1 kg ，μ＝qE 2mg ＝0.2，B 错误，C 正确．又因为电势能的减少量等于电场力所做的功，即ΔE p ＝W ＝E 1qx 1＋E 2qx 2＝14 J ，D 正确．二、带电粒子在电场中的偏转在下图中，设带电粒子质量为m ，带电荷量为q ，以速度v 0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转电压为U ，若粒子飞离偏转电场时的偏距为y ，偏转角为θ，则tan θ＝v y v x ＝a y t v 0＝qUlmdv 20，y ＝12a y t 2＝qUl 22mdv 20带电粒子从极板的中线射入匀强电场，其出射时速度方向的反向延长线交于极板中线的中点．所以侧移距离也可表示为y ＝l2tan θ，所以粒子好像从极板中央沿直线飞出去一样．若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U 0加速后进入偏转电场的，则qU 0＝12mv 20，即y ＝Ul 24dU 0，tan θ＝y x ＝Ul2dU 0.由以上讨论可知，粒子的偏转角和偏距与粒子的q 、m 无关，仅决定于加速电场和偏转电场，即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场，它们在电场中的偏转角度和偏转距离总是相同的．【例3】如图所示，甲图是用来使带正电的离子加速和偏转的装置．乙图为该装置中加速与偏转电场的等效模拟．以y 轴为界，左侧为沿x 轴正向的匀强电场，场强为E.右侧为沿y 轴负方向的匀强电场．已知OA ⊥AB ，OA ＝AB ，且OB 间的电势差为U 0.若在x 轴的C 点无初速度地释放一个电荷量为q 、质量为m 的正离子(不计重力)，且正离子刚好通过B 点．求：(1)C 、O 间的距离d ； (2)粒子通过B 点的速度大小．答案 (1)U 04E (2)5qU 02m解析 (1)设正离子到达O 点的速度为v 0(其方向沿x 轴的正方向) 则正离子由C 点到O 点由动能定理得：qEd ＝12mv 20－0①而正离子从O 点到B 点做类平抛运动，则：OA ＝12·qU 0OA ·m t 2②AB ＝v 0t ③而OA ＝AB ④ 由①②③④得d ＝U 04E .(2) 设正离子到B 点时速度的大小为v B ，正离子从C 到B 过程中由动能定理得： qEd ＋qU 0＝12mv 2B －0 解得v B ＝5qU 02m. 【例4】如图所示，两平行金属板A 、B 长为L ＝8 cm ，两板间距离d ＝8 cm ，A 板比B 板电势高300 V ，一带正电的粒子电荷量为q ＝1.0×10－10 C ，质量为m ＝1.0×10－20 kg ，沿电场中心线RO 垂直电场线飞入电场，初速度v 0＝2.0×106 m/s ，粒子飞出电场后经过界面MN 、PS 间的无电场区域，然后进入固定在O 点的点电荷Q 形成的电场区域(设界面PS 右侧点电荷的电场分布不受界面的影响)．已知两界面MN 、PS 相距为12 cm ，D 是中心线RO 与界面PS 的交点，O 点在中心线上，距离界面PS 为9 cm ，粒子穿过界面PS 做匀速圆周运动，最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc 上．(静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，粒子的重力不计)(1)求粒子穿过界面MN 时偏离中心线RO 的距离多远？到达PS 界面时离D 点多远？ (2)在图上粗略画出粒子的运动轨迹．(3)确定点电荷Q 的电性并求其电荷量的大小．解析 (1)粒子穿过界面MN 时偏离中心线RO 的距离(侧向位移)：y ＝12at 2 a ＝F m ＝qU dm L ＝v 0t则y ＝12at 2＝qU 2md (Lv 0)2＝0.03 m ＝3 cm粒子在离开电场后将做匀速直线运动，其轨迹与PS 交于H ，设H 到中心线的距离为Y ，则有12L 12L ＋12 cm＝yY ，解得Y ＝4y ＝12 cm(2)第一段是抛物线、第二段是直线、第三段是圆弧(图略) (3)粒子到达H 点时，其水平速度v x ＝v 0＝2.0×106 m/s 竖直速度v y ＝at ＝1.5×106 m/s 则v 合＝2.5×106 m/s该粒子在穿过界面PS 后绕点电荷Q 做匀速圆周运动，所以Q 带负电根据几何关系可知半径r ＝15 cm k qQ r 2＝m v 2合r 解得Q ≈1.04×10－8 C 答案 (1)12 cm (2)见解析 (3)负电 1.04×10－8 C【针对练习】如图所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为L 、电场强度为E 的匀强电场，在与右侧虚线相距也为L 处有一与电场平行的屏．现有一电荷量为＋q 、质量为m 的带电粒子(重力不计)，以垂直于电场线方向的初速度v 0射入电场中，v 0方向的延长线与屏的交点为O .试求：(1)粒子从射入电场到打到屏上所用的时间；(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan α； (3)粒子打在屏上的点P 到O 点的距离x . 答案 (1)2L v 0 (2)qEL mv 20 (3)3qEL 22mv 20解析 (1)根据题意，粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动，所以粒子从射入电场到打到屏上所用的时间t ＝2Lv 0.(2)设粒子刚射出电场时沿平行电场线方向的速度为v y ，根据牛顿第二定律，粒子在电场中的加速度为：a ＝Eqm 所以v y ＝a L v 0＝qELmv 0所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值为tan α＝v y v 0＝qELmv 20.(3)解法一设粒子在电场中的偏转距离为y ，则y ＝12a (L v 0)2＝12·qEL 2mv 20又x ＝y ＋L tan α，解得：x ＝3qEL 22mv 20解法二 x ＝v y ·L v 0＋y ＝3qEL 22mv 20. 解法三由x y ＝L ＋L 2L 2得：x ＝3y ＝3qEL 22mv 20.三、用运动分解法处理带电粒子的复杂运动用运动分解法处理带电粒子的复杂运动，可以将复杂运动分解为两个相互正交的比较简单的直线运动，而这两个直线运动的规律我们是可以掌握的，并且这种研究物理问题的思想我们也是熟知的，然后再按运动合成的观点去求出有关的物理量．【例5】如图甲所示，场强大小为E 、方向竖直向上的匀强电场内存在一竖直平面内半径为R 的圆形区域，O 点为该圆形区域的圆心，A 点是圆形区域的最低点，B 点是最右侧的点．在A 点有放射源释放出初速度大小不同、方向均垂直于场强向右的正电荷，电荷的质量为m ，电荷量为q ，不计重力．试求：(1)电荷在电场中运动的加速度；(2)运动轨迹经过B 点的电荷在A 点时的速度；(3)某电荷的运动轨迹和圆形区域的边缘交于P 点，∠POA ＝θ，请写出该电荷经过P 点时动能的表达式；(4)若在圆形区域的边缘有一接收屏CBD ，C 、D 分别为接收屏上最边缘的两点，如图乙所示，∠COB ＝∠BOD ＝30°.求该屏上接收到的电荷的末动能大小的范围．答案 (1)Eqm (2)EqR 2m (3)14EqR(5－3cos θ) (4)78EqR≤Ek≤138EqR 解析 (1)加速度a ＝Eqm .(2)由R ＝v 0t ，R ＝12at 2及a ＝Eq m 三个式子可解得：v 0＝EqR2m .(3)由E k ＝Eq(R －Rcos θ)＋12mv 0′2，Rsin θ＝v 0′t′，R －Rcos θ＝12at′2及a ＝Eq m 可解得：E k ＝14EqR(5－3cos θ)．(4)由第(3)小题的结论可以看出，当θ从0°变化到180°，接收屏上电荷的动能逐渐增大，因此D 点接收到的电荷的末动能最小，C 点接收到的电荷的末动能最大．E kD ＝14EqR(5－3cos 60°)＝78EqR E kC ＝14EqR(5－3cos 120°)＝138EqR所以，屏上接收到的电荷的末动能大小的范围为 78EqR≤E k ≤138EqR.四、用等效法处理带电体在电场、重力场中的运动等效思维方法就是将一个复杂的物理问题，等效为一个熟知的物理模型或问题的方法．例如我们学习过的等效电阻、分力与合力、合运动与分运动等都体现了等效思维方法．常见的等效法有“分解”、“合成”、“等效类比”、“等效替换”、“等效变换”、“等效简化”等，从而化繁为简，化难为易．带电体在匀强电场和重力场组成的复合场中做圆周运动的问题，是高中物理教学中一类重要而典型的题型．对于这类问题，若采用常规方法求解，过程复杂，运算量大．若采用“等效法”求解，则能避开复杂的运算，过程比较简捷．先求出重力与电场力的合力，将这个合力视为一个“等效重力”，将a ＝F 合m 视为“等效重力加速度”．再将物体在重力场中做圆周运动的规律迁移到等效重力场中分析求解即可．【例6】如图所示，绝缘光滑轨道AB 部分为倾角为30°的斜面，AC 部分为竖直平面上半径为R 的圆轨道，斜面与圆轨道相切．整个装置处于场强为E 、方向水平向右的匀强电场中．现有一个质量为m 的小球，带正电荷量为q ＝3mg3E ，要使小球能安全通过圆轨道，在O 点的初速度应满足什么条件？解析小球先在斜面上运动，受重力、电场力、支持力，然后在圆轨道上运动，受重力、电场力、轨道作用力，如图所示，类比重力场，将电场力与重力的合力视为等效重力mg′，大小为mg′＝qE2＋mg2＝2 3mg3，tan θ＝qEmg＝33，得θ＝30°，等效重力的方向与斜面垂直指向右下方，小球在斜面上匀速运动．因要使小球能安全通过圆轨道，在圆轨道的等效“最高点”(D点)满足等效重力刚好提供向心力，即有：mg′＝mv2DR，因θ＝30°与斜面的倾角相等，由几何关系可知AD＝2R，令小球以最小初速度v0运动，由动能定理知：－2mg′R＝12mv2D－12mv2解得v0＝103gR3，因此要使小球安全通过圆轨道，初速度应满足v≥103gR3.答案v≥ 103gR3五、用能量的观点处理带电体在电场及复合场中的运动对于受变力作用的带电体的运动，必须借助于能量的观点去处理，用能量观点处理也更简捷，具体的方法通常有两种：(1)用动能定理处理．思维顺序一般为：①明确研究对象的物理过程；②分析物体在所研究过程中的受力情况，弄清哪些力做功，做正功还是做负功；③弄清所研究过程的初、末两个状态的动能；④根据动能定理列出方程求解．(2)用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理．列式的方法主要有两种：①从初、末状态的能量相等列方程；②从某些能量的减少量等于另一些能量的增加量列方程．【例7】如图所示，在水平地面上固定一倾角为θ的光滑绝缘斜面，斜面处于电场强度大小为E、方向沿斜面向下的匀强电场中．一劲度系数为k的绝缘轻质弹簧的一端固定在斜面底端，整根弹簧处于自然状态．一质量为m、带电荷量为q(q>0)的滑块从距离弹簧上端为x处静止释放，滑块在运动过程中电荷量保持不变，设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失，弹簧始终处在弹性限度内，重力加速度大小为g.(1)求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t 1；(2)若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为Vm ，求滑块从静止释放到速度大小为Vm 的过程中弹簧的弹力所做的功W.答案 (1) 2mx qE ＋mgsin θ(2)12mvm 2－(mgs in θ＋qE)·(x ＋mgsin θ＋qE k ) 解析 (1)滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中做初速度为零的匀加速直线运动，设加速度大小为a ，则有qE ＋mgsin θ＝ma ①x ＝12at 21②联立①②可得t 1＝ 2mx qE ＋mgsin θ③ (2)滑块速度最大时受力平衡，设此时弹簧压缩量为x 0，则有mgsin θ＋qE ＝kx 0④从静止释放到速度达到最大的过程中，由动能定理得(mgsin θ＋qE)·(x ＋x 0)＋W ＝12mvm 2－0⑤联立④⑤可得W ＝12mvm 2－(mgsin θ＋qE)·(x ＋mgsin θ＋qE k) 六、带电粒子在交变电场中的运动带电粒子在交变电场中的运动，通常只讨论电压的大小不变、方向做周期性变化(如方波)且不计粒子重力的情形．在两个相互平行的金属板间加交变电压时，在两板中间便可获得交变电场．此类电场在同一时刻可看成是匀强的，即电场中各个位置处电场强度的大小、方向都相同，从时间上看是变化的，即电场强度的大小、方向都可随时间而变化．(1)当粒子与电场平行射入时：粒子做直线运动，其初速度和受力决定了粒子的运动，粒子可以做周期性的运动．(2)粒子垂直电场方向射入时：沿初速度方向为匀速直线运动，在电场力方向上的分运动具有周期性．【例8】如图甲所示，A 、B 是两水平放置的足够长的平行金属板，组成偏转匀强电场，B 板接地．A 板电势φA 随时间变化情况如图乙所示，C 、D 两平行金属板竖直放置，中间有正对两孔O 1′和O 2，两板间电压为U 2，组成减速电场．现有一带负电粒子在t ＝0时刻以一定初速度沿AB 两板间的中轴线O 1O 1′进入，并能从O 1′沿O 1′O 2进入C 、D 间，刚好到达O 2孔，已知带电粒子带电荷量为－q ，质量为m ，不计其重力．求：(1)该粒子进入A、B的初速度v0的大小．(2)A、B两板间距的最小值和A、B两板长度的最小值．答案(1) 2qU2m(2)T2qU12m T2qU2m解析(1)因粒子在A、B间运动时，水平方向不受外力做匀速运动，所以进入O1′孔的速度即为进入A、B板的初速度．在C、D间，由动能定理得qU2＝12mv2即v0＝2qU2 m(2)由于粒子进入A、B后，在一个周期T内，竖直方向上的速度变为初始状态．即v竖＝0，若在第一个周期内进入O1′孔，则对应两板最短长度为L＝v0T＝T 2qU2m，若在该时间内，粒子刚好不到A板而返回，则对应两板最小间距，设为d，所以12·qU1md·(T4)2×2＝d2，即d＝T2qU12m.§题组训练§1．下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后，速度最大的是() A．质子(11H) B．氘核(21H)C．α粒子(42He) D．钠离子(Na＋)答案A解析据qU＝12mv2可得v＝2qUm，对四种粒子分析，质子的qm最大，故选项A正确．2．两平行金属板间为匀强电场，不同的带电粒子都以垂直于电场线的方向飞入该匀强电场(不计重力)，要使这些粒子经过匀强电场后有相同大小的偏转角，则它们应具备的条件是() A．有相同的动能和相同的比荷B．有相同的动量(质量与速度的乘积)和相同的比荷C．有相同的速度和相同的比荷D．只要有相同的比荷就可以答案C解析由偏转角tan θ＝qlU/mv 20d 可知在确定的偏转电场中l ，d 确定，则偏转角与q/m 和v 0有关．3．两平行金属板相距为d ，电势差为U ，电子质量为m ，电荷量为e ，从O 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A 点，然后返回，如图所示，OA ＝h ，此电子具有的初动能是( )A.edh UB ．edUh C.eU dh D.eUh d答案 D4．在两个半圆柱面构成的区域内，有一均匀的径向电场，径向宽度很小，电场线如图中的径向实线所示．欲使电荷量相同的正离子从左端进入，沿半圆路径运动后从右端射出，这些离子应具备相同的( )A ．比荷B ．质量C ．速度D ．动能答案 D解析由qE ＝m v 2R 得Ek ＝12mv 2＝12qER 为常数．5．如图所示，带正电q 、质量为m 的滑块，沿固定绝缘斜面匀速下滑，现加一竖直向上的匀强电场，电场强度为E ，且qE<mg.以下判断正确的是( )A ．物体将沿斜面减速下滑B ．物体将沿斜面加速下滑C ．物体仍保持匀速下滑D ．仅当qE ＝mg 时，物体加速下滑答案 C解析因mgsin θ＝μmgcos θ，所以(mg －qE)sin θ＝μ(mg －qE)cos θ仍成立，故匀速下滑．6．（多选）A 、B 为两个固定的等量同种正点电荷，O 为AB 连线的中点，另一个也带正电的重力不计的小电荷静止于O 点，如图所示，则( )A ．使小电荷向右偏离一点，释放后将向左先加速后减速直至停到某一位置B ．使小电荷向左偏离一点，释放后将做以O 点为中心的往复运动C ．使小电荷向上方偏离一点，释放后将做以O 点为中心的往复运动D ．使小电荷向下方偏离一点，释放后将向下做加速度先变大后变小的变加速运动答案 BD解析由等量同种电荷电场的分布情况可得．7．（多选）如图所示，一电子枪发射出的电子(初速度很小，可视为零)进入加速电场加速后，垂直射入偏转电场，射出后偏转位移为y ，要使偏转位移增大，下列哪些措施是可行的( )A ．增大偏转电压UB ．减小加速电压U 0C ．增大极板间距离D ．将发射电子改成发射负离子答案 AB解析电子在加速电场中加速时：U 0e ＝12mv 2而进入偏转电场时，它的偏转位移(在竖直方向上的位移)y ＝12at 2＝12·Ue dm ·l 2v 2＝Ul 24dU 0.由上式可知：偏转电压U 增大，y 增大；加速电压U 0减小，y 增大；d 减小，y 增大，而y 与q 、m 无关．8．如图所示，有三个质量相等，分别带正电、带负电和不带电的小球，从平行板电场的中点以相同的初速度垂直于电场方向进入电场，它们分别落在A 、B 、C 三点，可以判断( )A．落在A点的小球带正电，落在B点的小球不带电B．三个小球在电场中运动的时间相等C．三个小球到达极板时的动能关系为E kA>E kB>E kCD．三个小球在电场中运动时的加速度关系为a A>a B>a C答案A解析从图中落点可知，C到达下极板时间最短，A到达下极板时间最长，即t C<t B<t A，由y＝12at2可知，aC>a B>a A，根据牛顿第二定律，F合C>F合B>F合A；结合题中三者带电性质，可知，C带负电，B不带电，A带正电，三电荷运动至下极板过程中，根据动能定理得W C>W B>W A，故ΔE kC>ΔE kB>ΔE kA，而初动能相同，所以到达下极板时，E kC>E kB>E kA.综上，A正确，B、C、D错．9．如图所示，一个带负电的油滴以初速度v0从P点倾斜向上进入水平方向的匀强电场中，若油滴达到最高点时速度大小仍为v0，则油滴的最高点位置是()A．在P点左上方B．在P点右上方C．在P点正上方D．上述情况都可能答案A解析油滴从开始运动到最高点，据动能定理得WG＋WE＝12mv2－12mv2＝0，而重力做的功WG<0.所以电场力做的功WE>0，而带负电的油滴所受的电场力水平向左，所以最高点必在P点的左上方．10．如图所示，在绝缘的水平面上方存在着匀强电场，电场方向如图所示，水平面上的带电金属块在水平拉力F的作用下沿水平面移动．已知金属块在移动的过程中，外力F做功32 J，金属块克服电场力做功8.0 J，金属块克服摩擦力做功16 J，则在此过程中金属块的()A ．动能增加8.0 JB ．电势能增加24 JC ．机械能减少24 JD ．机械能增加48 J 答案 A11.如图所示，质量相同的两个带电粒子P 、Q 以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P 从两极板正中央射入，Q 从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上极板的过程中( )A ．它们运动的时间t Q ＞t PB ．它们运动的加速度a Q ＜a PC ．它们所带的电荷量之比q P ∶q Q ＝1∶2D ．它们的动能增加量之比ΔE kP ∶ΔE kQ ＝1∶2答案 C解析设P 、Q 两粒子的初速度是v 0，加速度分别是a P 和a Q ，粒子P 到上极板的距离是h/2，它们做类平抛运动的水平距离为l.则对P ，由l ＝v 0t P ，h 2＝12a p t 2P ，得到a P ＝hv 20l 2，同理对Q ，l ＝v 0t Q ，h ＝12a Q t 2Q ，得到a Q ＝2hv 20l 2.可见t P ＝t Q ，a Q ＝2a P 而a P ＝q P E m ，a Q ＝q Q E m ，可见，q P ∶q Q ＝1∶2.由动能定理知，它们的动能增加量之比ΔE kP ∶ΔE kQ ＝ma P h 2∶ma Q h ＝1∶4.综上，选C.12．如图所示，带电的粒子以一定的初速度v 0沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出，已知板长为L ，板间距离为d ，板间电压为U ，带电粒子的电荷量为q ，粒子通过平行金属板的时间为t(不计粒子的重力)，则( )A ．在前t 2时间内，电场力对粒子做的功为Uq 4B ．在后t 2时间内，电场力对粒子做的功为38UqC ．在粒子下落前d 4和后d 4的过程中，电场力做功之比为1∶2D ．在粒子下落前d 4和后d 4的过程中，电场力做功之比为2∶1答案 B解析电场力做总功W ＝12Uq ，前、后t 2时间内偏转位移之比为1∶3，则做功之比为1∶3，所以后t/2时间内对粒子做功38Uq ；粒子下落前、后d/4的过程中电场力做功之比为1∶1.C 、D 错误．13.（多选）如图所示，在真空中有一水平放置的不带电平行板电容器，板间距离为d ，电容为C ，上板B 接地．现有大量质量均为m ，带电荷量为q 的小油滴，以相同的初速度持续不断地从两板正中间沿图中虚线所示方向射入，第一滴油滴正好落到下板A 的正中央P 点．如果能落到A 板的油滴仅有N 滴，且第N ＋1滴油滴刚好能飞离电场，假设落到A 板的油滴的电荷量能被板全部吸收，不考虑油滴间的相互作用，重力加速度为g ，则( )A ．落到A 板的油滴数N ＝3Cdmg 4q 2B ．落到A 板的油滴数N ＝Cdmg 4q 2C ．第N ＋1滴油滴经过电场的整个过程中增加的动能为mgd 8D ．第N ＋1滴油滴经过电场的整个过程中减少的机械能为3mgd 8答案 ACD解析第一滴油滴在电容器中运动时，只受重力作用．设板长为l ，板间距为d ，由平抛运动的知识有v 0＝l 2g d .当第N ＋1滴油滴恰好离开电容器时，必定是沿下极板的边缘飞出，油滴的加速度为a ＝g －Eq m ，由类平抛运动知d 2＝12(g －Eq m )t 2，又t ＝l v 0，而E ＝U d ＝Nq Cd ，可以求得N ＝3Cdmg 4q 2，A 正确．因为电场力做了负功，电势能增加了，而电场力做功为W ＝－3mgd 8.由动能定理有Ek ＝W ＝12mgd －38mgd ＝mgd 8.14．（多选）在地面附近，存在着一有界电场，边界MN 将某空间分成上下两个区域Ⅰ、Ⅱ，在区域Ⅱ中有竖直向上的匀强电场，在区域Ⅰ中离边界某一高度由静止释放一质量为m 的带电小球A ，如图甲所示，小球运动的v －t 图象如图乙所示，已知重力加速度为g ，不计空气阻力，则( )。

人教版高中物理选修3-1第一章第9节带电粒子在电场中的运动(含解析)

（精心整理，诚意制作）带电粒子在电场中的运动一课一练一、单项选择题1．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下列说法正确的是( )A．一定是匀变速运动B．不可能做匀减速运动C．一定做曲线运动D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动解析：选A.带电粒子在匀强电场中受到的电场力恒定不变，可能做匀变速直线运动，也可能做匀变速曲线运动，故选A.2.如图所示，质子(1H)和α粒子(42He)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为( )A．1∶1 B．1∶2C．2∶1 D．1∶4解析：选B.由y＝12EqmL2v20和E k0＝12m v20，得：y＝EL2q4Ek0可知，y与q成正比，故选B.3.(20xx·济南第二中学高二检测)如图所示，有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的P点以相同的初速度垂直于E进入电场，它们分别落到A、B、C三点( )A．落到A点的小球带正电，落到B点的小球不带电B．三小球在电场中运动的时间相等C．三小球到达正极板时动能关系是E k A>E k B>E k CD．三小球在电场中运动的加速度关系是a A>a B>a C解析：选A.初速度相同的小球，落点越远，说明运动时间越长，竖直方向加速度越小．所以A、B、C三个落点上的小球的带电情况分别为带正电、不带电、带负电．故选A.4.如图所示，两金属板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出．现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的( )A．2倍B．4倍C.12D.14解析：选C.电子在两极板间做类平抛运动，水平方向l＝v0t，t＝lv0，竖直方向d＝12at2＝qUl22mdv20，故d2＝qUl22mv20，即d∝1v0，故选C.5．(20xx·高考广东卷)喷墨打印机的简化模型如图所示．重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上，则微滴在极板间电场中( )A．向负极板偏转 B．电势能逐渐增大C．运动轨迹是抛物线 D．运动轨迹与带电量无关解析：选C.带电微滴垂直进入电场后，在电场中做类平抛运动，根据平抛运动的分解——水平方向做匀速直线运动和竖直方向做匀加速直线运动．带负电的微滴进入电场后受到向上的静电力，故带电微滴向正极板偏转，选项A错误；带电微滴垂直进入电场受竖直方向的静电力作用，静电力做正功，故墨汁微滴的电势能减小，选项B错误；根据x＝v t，y＝12at2及a＝qEm，得带电微滴的轨迹方程为y＝qEx22mv2，即运动轨迹是抛物线，与带电量有关，选项C正确，D错误．6．两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m、电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射入电场，最远到达A点，然后返回，如图所示，OA 间距为h，则此电子的初动能为( )A.edhUB.dUehC.eUdhD.eUhd解析：选D.电子从O点到达A点的过程中，仅在电场力作用下速度逐渐减小，根据动能定理可得－eU OA＝0－E k，因为U OA＝Udh，所以E k＝eUhd，故选D.☆7.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图A、B、C、D中的( )解析：选B.由题图乙及题图丙知，当U Y为正时，Y板电势高，电子向Y 偏，而此时U X为负，即X′板电势高，电子向X′板偏，故选B.8.(20xx·江苏天一中学高二测试)如图所示，M、N是真空中的两块平行金属板．质量为m、电荷量为q的带电粒子，以初速度v0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子恰好能到达N板．如果要使这个带电粒子到达M、N板间距的1/2后返回，下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)( )A．使初速度减为原来的1/2B．使M、N间电压加倍C．使M、N间电压提高到原来的4倍D．使初速度和M、N间电压都减为原来的1/4解析：选B.由题意知，带电粒子在电场中做减速运动，在粒子恰好能到达N板时，由动能定理可得：－qU＝－12m v20要使粒子到达两极板中间后返回，设此时两极板间电压为U1，粒子的初速度为v1，则由动能定理可得：－q U12＝－12m v21联立两方程得：U12U＝v21v20可见，选项B符合等式的要求．故选B.9.竖直放置的平行金属板A、B连接一恒定电压，两个电荷M和N以相同的速率分别从极板A边缘和两板中间沿竖直方向进入板间电场，恰好从极板B边缘射出电场，如图所示，不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用，下列说法正确的是( )A．两电荷的电荷量相等B．两电荷在电场中运动的时间相等C．两电荷在电场中运动的加速度相等D．两电荷离开电场时的速度大小相等解析：选B.由t＝Lv0知两电荷运动时间相等，故B正确；由y＝12at2和y M＝2y N知，两电荷加速度不等，故C错误；由a＝qEm知，仅当m M＝12m N时，两电荷量相等，故A错误；由v y＝at知，v yM≠v yN，则合速度不等，故D错误．故选B.☆10.如图所示是一个说明示波管工作原理的示意图，电子经电压U1加速后垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h，两平行板间的距离为d，电势差为U2，板长为L .为了提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量hU2)，可采用的方法是( )A ．增大两板间的电势差U 2B ．尽可能使板长L 短些C ．尽可能使板间距离d 小一些D ．使加速电压U 1升高一些解析：选C.电子的运动过程可分为两个阶段，即加速和偏转．分别根据两个阶段的运动规律，推导出灵敏度⎝ ⎛⎭⎪⎫h U2的有关表达式，然后再判断选项是否正确，这是解决此题的基本思路．电子经电压U 1加速有eU 1＝12m v 20，电子经过偏转电场的过程有L ＝v 0t ，h ＝12at 2＝eU22md t 2＝U2L24dU1.由以上各式可得h U2＝L24dU1.因此要提高灵敏度，若只改变其中的一个量，可采取的办法为增大L ，或减小d ，或减小U 1.故选C.二、非选择题 11.在如图所示的示波器的电容器中，电子以初速度v 0沿着垂直场强的方向从O 点进入电场，以O 点为坐标原点，沿x 轴取OA ＝AB ＝BC ，再过点A 、B 、C 作y 轴的平行线与电子径迹分别交于M 、N 、P 点，求AM ∶BN ∶CP 和电子途经M 、N 、P 三点时沿x 轴的分速度之比．解析：电子在电场中做类平抛运动，即在x 轴分方向做匀速直线运动，故M 、N 、P 三点沿x 轴的分速度相等，v Mx ∶v Nx ∶v Px ＝1∶1∶1又OA ＝AB ＝BC 所以t OA ＝t AB ＝t BC根据电子沿－y 方向做匀加速运动，由y ＝12at 2得：AM ∶BN ∶CP ＝1∶4∶9.答案：1∶4∶9 1∶1∶1 ☆12.如图所示虚线MN 左侧有一场强为E 1＝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E 2＝2E 的匀强电场，在虚线PQ 右侧相距为L 处有一与电场E 2平行的屏．现将一电子(电荷量为e ，质量为m )无初速度地放入电场E 1中的A 点，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；(2)电子刚射出电场E 2时的速度方向与AO 连线夹角θ的正切值tan θ； (3)电子打到屏上的点P ′到点O 的距离x .解析：(1)电子在电场E 1中做初速度为零的匀加速直线运动，设加速度为a 1，时间为t 1，由牛顿第二定律和运动学公式得：a 1＝eE1m ＝eE mL 2＝12a 1t 21 v 1＝a 1t 1t 2＝2L v1运动的总时间为t ＝t 1＋t 2＝3mLeE.(2)设电子射出电场E 2时沿平行电场线方向的速度为v y ，根据牛顿第二定律得，电子在电场中的加速度为a 2＝eE2m ＝2eE mt 3＝L v1v y ＝a 2t 3tan θ＝vy v1解得：tan θ＝2.(3)如图，设电子在电场中的偏转距离为x 1x 1＝12a 2t 23tan θ＝x2L解得：x ＝x 1＋x 2＝3L .答案：(1)3mLeE(2)2 (3)3L。

2020-2021学年物理人教版选修3-1课时作业：1-9 带电粒子在电场中的运动 Word版含解析

课时作业9带电粒子在电场中的运动时间：45分钟一、单项选择题1.如图所示，在某一真空中，只有水平向右的匀强电场和竖直向下的重力场，在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒，恰能沿图示虚线由A向B做直线运动．那么(B)A．微粒带正、负电荷都有可能B．微粒做匀减速直线运动C．微粒做匀速直线运动D．微粒做匀加速直线运动解析：微粒做直线运动的条件是速度方向和合外力的方向在同一条直线上，只有微粒受到水平向左的电场力才能使得合力方向与速度方向相反且在同一条直线上，由此可知微粒所受的电场力的方向与场强方向相反，则微粒必带负电，且运动过程中微粒做匀减速直线运动，故B正确．2．一个带正电的油滴从如图所示的匀强电场上方A点自由下落，油滴落入匀强电场后，能较准确地描述油滴运动轨迹的是(B)解析：油滴自电场上方落入电场，即油滴进入电场时有一定的速度，而油滴受重力和电场力的作用，两者的合力指向右下侧，而油滴进入电场时的速度方向为竖直向下，故油滴的轨迹应如选项B 的情形．3．如图所示，带正电的粒子以一定的初速度v 0沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出．已知板长为L ，板间距离为d ，板间电压为U ，带电粒子的电荷量为q ，粒子通过平行金属板的时间为t (不计粒子的重力)，则( C )A ．在前t 2时间内，电场力对粒子做的功为Uq 4B ．在后t 2时间内，电场力对粒子做的功为Uq 4C ．粒子的出射速度偏转角θ满足tan θ＝d LD ．粒子通过竖直位移前d 4和后d 4的过程，所用时间之比为2 1解析：设粒子在前t 2时间内和在后t 2时间内竖直位移分别为y 1，y 2，根据初速度为零的匀变速直线运动规律的推论知y 1y 2＝13，得y 1＝18d ，y 2＝38d ，则在前t 2时间内，电场力对粒子做的功为W 1＝q ·18U＝18qU ，在后t 2时间内，电场力对粒子做的功为W 2＝q ·38U ＝38qU ，故A 、B 错误；粒子的出射速度偏转角θ的正切值为tan θ＝v y v 0＝at v 0＝12at 212v 0t ＝12d 12L ＝d L ，故C 正确；根据初速度为零的匀变速直线运动规律的推论知，粒子通过竖直位移前d 4和后d 4的过程中，运动时间之比为1(2－1)，故选项D 错误．4．如图为示波管的原理图．如果在电极YY ′之间所加的电压按图甲所示的规律变化，在电极XX ′之间所加的电压按图乙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是图中的( B )解析：在0～2t 1时间内，扫描电压扫描一次，信号电压完成一个周期，当U Y 为正的最大值时，电子打在荧光屏上有正的最大位移，当U Y 为负的最大值时，电子打在荧光屏上有负的最大位移，因此一个周期内荧光屏上的图象为B.5.如图所示，在竖直放置的光滑半圆弧绝缘细管的圆心O 处固定一点电荷，将质量为m ，电荷量为q 的小球从圆弧管的水平直径端点由静止释放，小球沿细管滑到最低点B 时，对管壁恰好无压力，则固定于圆心处的点电荷在AB 弧中点处的电场强度的大小为( C )A ．E ＝mg /qB ．E ＝2mg /qC ．E ＝3mg /qD ．E ＝4mg /q解析：固定于圆心处的点电荷在圆弧AB 上产生的电场强度大小处处相等．以B 点为研究点，则：qE －mg ＝m v 2/R ①m v 2/2＝mgR ②由①②两式得E ＝3mg /q .6．如图1所示，在平行板电容器的A 板附近，有一个带正电的粒子(不计重力)处于静止状态，在A 、B 两板间加如图2所示的交变电压，带电粒子在电场力作用下由静止开始运动，经过3t 0时间刚好到达B 板，设此时粒子的动能大小为E k3，若用改变A 、B 两板间距的方法，使粒子在5t 0时刻刚好到达B 板，此时粒子的动能大小为E k5，则E k3E k5等于( B )A.35B.53C．1 D.925解析：设两板间的距离为d，经3t0时间刚好到达B板时，粒子运动过程中先加速然后减速再加速，根据运动的对称性和动能定理，可得E k3＝q U03，若改变A、B两板间的距离使粒子在5t0时刻刚好到达B板，根据运动的对称性和动能定理，可得E k5＝q·U05，故E k3E k5＝53，B正确．7.如图所示，用细丝线悬挂带有正电荷的小球，质量为m，处在水平向右的匀强电场中，在电场力作用下，小球由最低点开始运动，经b点后还可以向右摆动，如用ΔE1表示重力势能的增量，用ΔE2表示电势能的增量，用ΔE表示二者和(ΔE＝ΔE1＋ΔE2)，则在小球由a摆到b的过程中，下列关系式正确的是(C)A．ΔE1<0，ΔE2<0，ΔE<0B．ΔE1>0，ΔE2<0，ΔE＝0C．ΔE1>0，ΔE2<0，ΔE<0D．ΔE1>0，ΔE2>0，ΔE>0解析：小球由a到b的过程，位置升高，重力势能增加，ΔE1>0，电场力做正功，电势能减小．ΔE2<0，动能、重力势能、电势能三种形式的能相互转化，动能由零增加到某一值，所以重力势能和电势能的和必减少，故ΔE<0，C选项正确．二、多项选择题8.如图是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧．对矿粉分离的过程，下列表述正确的有(BD)A．带正电的矿粉落在右侧B．电场力对矿粉做正功C．带负电的矿粉电势能变大D．带正电的矿粉电势能变小解析：带正、负电的矿粉受电场力做正功分别落到左、右两侧，根据电场力做功与电势能的变化关系有正、负电的矿粉的电势能都变小，故选B、D.9.带电粒子以速度v0沿竖直方向垂直进入匀强电场E中，如图所示，经过一段时间后，其速度变为水平方向，大小为v0，则一定有(ABD)A．静电力大小等于重力大小B．粒子运动的水平位移大小等于竖直位移大小C．静电力所做的功一定等于重力所做的功D．电势能的减少一定等于重力势能的增加解析：由题意可知，水平方向与竖直方向加速度大小相等，均为a＝v0/t，平均速度大小也相等，故水平位移和竖直位移大小相等，故A、B选项正确；在运动过程中，电场力做正功，重力做负功，故C 选项错误；由能量守恒，可知D选项正确．10.三个分别带有正电、负电和不带电的质量相同的颗粒，从水平放置的平行带电金属板左侧以相同速度v0垂直电场线方向射入匀强电场，分别落在带正电荷的下板上的a、b、c三点，如图所示，下面判断正确的是(BD)A．落在a点的颗粒带正电，c点的带负电，b点的不带电B．落在a、b、c点的颗粒在电场中的加速度的关系是a a>a b>a c C．三个颗粒在电场中运动的时间关系是t a>t b>t cD．电场力对落在c点的颗粒做负功解析：由于带电颗粒都打在极板上，所以沿电场方向匀加速运动的时间t＝2y，垂直电场方向匀速运动由x＝v0t，得t a<t b<t c，所以aa a>a b>a c，再由牛顿第二定律可推出，a带负电，b不带电，c带正电，电场向上，电场力对落在C点的颗粒做负功，故答案为B、D.三、非选择题11.两平行金属板A、B水平放置，一个质量为m＝5×10－6 kg的带电粒子，以v0＝2 m/s的水平速度从两板正中位置射入电场，如图所示，A、B两板间距离为d＝4 cm，板长L＝10 cm.(g＝10 m/s2)(1)当A、B间的电压为U AB＝1 000 V时，粒子恰好不偏转，沿图中虚线射出电场，求该粒子的电荷量和电性．(2)令B 板接地，欲使该粒子射出偏转电场，求A 板所加电势的范围．答案：(1)2×10－9 C 负 (2)－600～2 600 V解析：(1)当U AB ＝1 000 V 时，重力跟电场力相等，粒子才沿初速度v 0方向做匀速直线运动，故q U AB d ＝mg ，q ＝mgd U AB＝2×10－9 C ；重力方向竖直向下，电场力方向竖直向上，而场强方向竖直向下(U AB >0)，所以粒子带负电．(2)当qE >mg 时，带电粒子向上偏，从右上边缘飞出，设此时φA ＝φ1，因为φB ＝0，所以U AB ＝φ1，电场力和重力都沿竖直方向，粒子在水平方向做匀速直线运动，速度v x ＝v 0；在竖直方向a ＝qφ1md －g ，偏移量y ＝d 2，所以12d ＝12at 2，代入a 和t ＝L v 0，解得φ1＝m v 20d 2＋mgdL 2qL 2＝2 600 V ，当qE <mg 时，带电粒子向下偏转，设φA ＝φ2，则竖直方向a ′＝g －qφ2md ，同理可得φ2＝－600 V ，故欲使粒子射出偏转电场，A 板电势的范围为－600 V ≤φA ≤2 600 V .12．如图所示，在光滑绝缘水平面上相距2l 的A 、B 两点固定有两个电荷量均为Q 的正电荷，aOb 是A 、B 连线上的三点，且O为中点，Oa ＝Ob ＝l 2，另有一个质量为m 、电荷量为q 的试探电荷以初速度v 0从a 点出发，沿AB 连线向B 运动，在这运动过程中电荷受到阻力满足F f ＝⎩⎪⎨⎪⎧常数，当v ≠00，当v ＝0.当它运动到O 点时，动能为初动能的n 倍，到b 点时速度刚好为零，已知静电力常量为k ，求：(1)a 点的场强；(2)取O 点电势为零，a 点电势φa 为多大？电荷q 具有的电势能为多大？答案：(1)32kQ 9l 2 方向向右指向B (2)14q (2n －1)m v 20 14(2n －1)m v 20 解析：(1)a 点的场强是A 、B 两点电荷Q 在a 点产生场强的矢量和，E ＝k Q ⎝ ⎛⎭⎪⎫l 22－k Q ⎝ ⎛⎭⎪⎫3l 22＝32kQ 9l 2，方向向右指向B . (2)根据对称性φa ＝φb ，U ab ＝0，根据动能定理．当电荷由a 运动到O 点时，有qU aO －F f l 2＝n ·12m v 20－12m v 20当电荷由a 运动到b 点时，有qU ab －F f l ＝－12m v 20 联立解得U aO ＝14q(2n －1)m v 20 φa ＝U aO ＝14q(2n －1)m v 20 电荷q 具有的电势能E p a ＝qφa ＝14(2n －1)m v 20. 13.一带电量为＋Q 的点电荷固定在真空中，形成的电场如图所示．现有一质量为m 的带电微粒，在此点电荷附近做匀速圆周运动，周期为T .微粒的重力不能忽略，求：(1)微粒所带电荷的种类；(2)点电荷＋Q 与微粒运动轨迹所在平面的距离．答案：(1)负电 (2)gT 24π2 解析：(1)微粒带负电．(2)微粒做圆周运动的轨迹在水平面内，并且轨迹的圆心O 在点电荷的正下方．设圆心O 离点电荷的距离为H ，轨迹半径为R ，微粒受力分析图如图所示．由牛顿第二定律得mg tan α＝m 4π2T2R ，由几何关系得R ＝H tan α，由以上两式联立解得H ＝gT 24π2.。

1.9带电粒子在电场中的运动一(答案含解析)—人教版高中物理选修3-1 同步训练

1.9带电粒子在电场中的运动同步训练一一、单选题(共30分)1．(本题3分)如图所示，为某一电场的电场线，M、N、P为电场线上的三个点，M、N是同一电场线上的两点，以下说法正确的是（）A．M、N、P三点中，M的场强最大B．P的电势可能高于M的电势C．负电荷在M点的电势能小于在N点的电势能D．正电荷从M自由释放，它将沿电场线运动到N点2．(本题3分)示波管是电子示波器的心脏．在示波管中，电子通过电子枪加速，进入偏转电极，然后射到荧光屏上。

如图所示，电子从静止开始，经过电压为U0的加速电场加速并进入偏转电场，偏转电场中两极板之间的电压为U，电子的电荷量为e，偏转电场中两板之间的距离与板长之比为k，电子重力不计，则电子射出偏转电场后射到荧光屏上时的动能E k为（）A．222k Ue UU⎛⎫+⎪⎝⎭B．224k Ue UU⎛⎫+⎪⎝⎭C．2022Ue Uk U⎛⎫+⎪⎝⎭D．2024Ue Uk U⎛⎫+⎪⎝⎭3．(本题3分)如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是（）A．α粒子在A处的速率比在B处的速率小B．α粒子在A、C处的速度相同C．α粒子从A运动到B的整个过程中电场力始终不做功D．α粒子在B处的速率最小4．(本题3分)如图为一水平放置的平行板电容器，它两极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔（小孔对电场的影响可忽略不计）。

小孔正上方P点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并恰好在下极板处（未与极板接触）返回。

若只稍微改变下极板的位置，则关于从P点开始下落的相同粒子，以下说法正确的是（）A．将下极板向上移动一些，粒子一定打在下极板上B．将下极板向下移动一些，粒子一定打在下极板上C．无论下极板上移或者下移一些，粒子一定恰好在下极板处返回D．无论下极板上移或者下移一些，粒子一定在下极板上方返回5．(本题3分)如图所示，质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P从两极板正中央射入，Q从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点（重力不计），则从开始射入到打到上极板的过程中（）A．它们运动的时间t Q＞t PB．它们运动的加速度a Q＜a PC．它们所带的电荷量之比q P∶q Q=1∶2D．它们的动能增加量之比ΔE kP∶ΔE kQ=1∶26．(本题3分)如图所示，电子在电势差为U1的电场中由静止加速后，垂直射入电势差为U2的偏转电场。

人教版高中物理选修3-1第一章第九节带电粒子在电场中的运动同步习题(附详解答案)

（精心整理，诚意制作）第一章第九节带电粒子在电场中的运动同步习题（附详解答案）夯实基础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．匀速直线运动B．匀加速直线运动C．匀变速曲线运动 D．匀速圆周运动答案：A解析：因为粒子只受到电场力的作用，所以不可能做匀速直线运动．2．如图所示，在场强为E，方向水平向右的匀强电场中，A、B为一竖直线上的两点，相距为L，外力F将质量为m，带电量为－q的微粒，从A点匀速移到B点，重力不能忽略，则下面说法中正确的是( )A．外力的方向水平B．外力的方向竖直向上C．外力的大小等于qE＋mgD．外力的大小等于(qE)2＋(mg)2答案：D解析：分析微粒受力，重力mg、电场力qE、外力F，由于微粒作匀速运动，三个力的合力为零，外力的大小和重力与电场力的合力大小相等．F＝(qE)2＋(mg)2F的方向应和重力与电场力的合力方向相反，选项D正确．3．平行板间加如图(a)所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从t＝0时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况．如图(b)中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是( )答案：A解析：粒子在第一个T2内，做匀加速直线运动，T2时刻速度最大，在第二个T2内，电场反向，粒子做匀减速直线运动，到T时刻速度为零，以后粒子的运动要重复这个过程．4．(20xx·济南模拟)如图所示，质子(1H)和α粒子(42He)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为( )A．1 1 B．1 2C．2 1 D．1 4答案：B解析：由y＝12EqmL2v20和E k0＝12m v20，得：y＝EL2q4Ek0可知，y与q成正比，B正确．5．如图所示，一电荷量为＋q，质量为m的带电粒子以初速度为v0，方向与极板平行射入一对平行金属板之间．已知两极板的长度l，相距为d，极板间的电压为U，试回答下列问题．(粒子只受电场力作用且上极板带正电)(1)粒子在电场中所受的电场力的大小为________，方向__________，加速度大小为__________，方向________．(2)粒子在x方向上做________运动，在电场中的运动时间为________．(3)粒子在y方向上做________运动，离开电场时，在y方向上偏离的距离为_ _______．当其他条件不变，d增大时偏离距离将________．(4)粒子离开电场时，在y方向上的分速度为________，如果偏转的角度为θ，那么tanθ＝________.当其他条件不变，U增大时θ角将________答案：(1)qUd垂直v0方向向下qUmd垂直v0方向向下(2)匀速直线lv0(3)初速度为零的匀加速直线ql22mv20dU减小(4)qlmv0dUqlmv20dU增大6．如图所示，abcd 是一个正方形盒子．cd 边的中点有一个小孔e .盒子中有沿ad 方向的匀强电场．一个质量为m 带电量为q 的粒子从a 处的小孔沿ab 方向以初速度v 0射入盒内，并恰好从e 处的小孔射出．(忽略粒子重力)求：(1)该带电粒子从e 孔射出的速度大小．(2)该过程中电场力对该带电粒子做的功．(3)若正方形的边长为l ，试求该电场的场强．答案：(1)17v 0 (2)8m v 20 (3)8mv20ql解析：(1)设粒子在e 孔的竖直速度为v y .则水平方向：l /2＝v 0t竖直方向：l ＝vy 2·t 得：v y ＝4v 0v e ＝v20＋v2y ＝17v 0(2)由动能定理得：W 电＝12m v 2e －12m v 20＝8m v 20 (3)由W 电＝Eq ·l 和W 电＝8m v 20得：E ＝8mv20ql. 7．如图所示是示波管工作原理示意图，电子经加速电压U 1加速后垂直进入偏转电场，离开偏转电场时的偏转量为h ，两平行板间的距离为d ，电势差为U 2，板长为l .为了提高示波管的灵敏度(单位偏转电压引起的偏转量)可采取哪些措施？解析：电子经U 1加速后，设以v 0的速度垂直进入偏转电场，由动能定理得：12m v 20－0＝eU 1①电子在偏转电场中运动的时间t 为：t ＝l v0② 电子在偏转电场中的加速度a 为：a ＝U2e dm③ 电子在偏转电场中的偏转量h 为：h ＝12at 2④ 由①②③④式联立解得到示波管的灵敏度h U2为：h U2＝l24dU1可见增大l 、减小U 1或d 均可提高示波管的灵敏度.能力提升1.(20xx·××市一中高二检测)如图所示，有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电小球，从平行板电场中的P点以相同的初速度垂直于E进入电场，它们分别落到A、B、C三点( ) A．落到A点的小球带正电，落到B点的小球不带电B．三小球在电场中运动的时间相等C．三小球到达正极板时动能关系：E kA>E kB>E kCD．三小球在电场中运动的加速度关系：a A>a B>a C答案：A解析：带负电的小球受到的合力为：mg＋F电，带正电的小球受到的合力为：mg－F电，不带电小球仅受重力mg，小球在板间运动时间：t＝xv0，所以t C<t B<t A，故a C>a B>a A；落在C点的小球带负电，落在A点的小球带正电，落在B点的小球不带电．因为电场对带负电的小球C做正功，对带正电的小球A做负功，所以落在板上动能的大小：E kC>E kB>E kA.2．示波器是一种常用的电学仪器．可以在荧屏上显示出被检测的电压随时间的变化情况．电子经电压u1加速后进入偏转电场．下列关于所加竖直偏转电压u2、水平偏转电压u3与荧光屏上所得的图形的说法中正确的是( )A．如果只在u2上加上甲图所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图(a)所示B．如果只在u3上加上乙图所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图(b)所示C．如果同时在u2和u3上加上甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图(c)所示D．如果同时在u2和u3上加上甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图(d)所示答案：ABD3．(20xx·××市一中高二检测)如图所示装置，从A板释放的一个无初速电子向B板方向运动，下列对电子的描述中错误的是( )A．电子到达B板时的动能是eUB．电子从B板到C板时动能变化为零C．电子到达D板时动能是3eUD．电子在A板和D板之间往复运动答案：C4．一平行板电容器的两个极板水平放置，两极板间有一带电量不变的小油滴．油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比．若两极板间电压为零，经一段时间后，油滴以速率v匀速下降；若两极板间的电压为U，经一段时间后，油滴以速率v匀速上升．若两极板间电压为－U，油滴做匀速运动时速度的大小、方向将是( )A．2v、向下 B．2v、向上C．3v、向下D．3v、向上答案：C解析：由题意知，未加电压时mg＝k v①加电压U时，电场力向上，设为F，则有F＝mg＋k v②当加电压(－U)时，电场力向下，匀速运动时有F＋mg＝k v′③联立①②③得：v′＝3v方向向下，C选项正确．5．如图所示，在两极板中间有一静止的电子，在交变电压作用下电子的运动情况是(不计重力，t＝0时，M板电势为正，板间距离足够长)( )A．一直向M板运动B．一直向N板运动C．先向M板运动，再一直向N板运动D．在M、N间做周期性的来回运动答案：D解析：0―→1s末，电子向左做匀加速直线运动，在1s末获得速度为v；1s 末―→2s末，电子向左做匀减速直线运动，2s末速度为0；2s末―→3s末，电子向右做匀加速直线运动，3s末电子获得速度v；3s末―→4s末电子向右做匀减速直线运动.4s末速度为零，刚好为一个周期．以后周而复始，所以，电子在M、N之间做周期性的来回运动．6．(新题快递)如图所示，水平放置的平行板电容器，与某一电源相连，它的极板长L＝0.4m，两板间距离d＝4×10－3m，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度v0从两板中央平行极板射入，开关S闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下板的正中央，已知微粒质量为m ＝4×10－5kg ，电量q ＝＋1×10－8C.(g ＝10m/s 2)求：(1)微粒入射速度v 0为多少？(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的正极还是负极相连？所加的电压U 应取什么范围？答案：(1)10m/s (2)与负极相连 120V<U <200V解析：(1)L 2＝v 0t d 2＝12gt 2 可解得v 0＝L 2g d＝10m/s (2)电容器的上板应接电源的负极当所加的电压为U 1时，微粒恰好从下板的右边缘射出d 2＝12a 1⎝ ⎛⎭⎪⎫L v02 a 1＝mg －q U1d m解得：U 1＝120V当所加的电压为U 2时，微粒恰好从上板的右边缘射出d 2＝12a 2⎝ ⎛⎭⎪⎫L v02 a 2＝q U2d －mg m解得U 2＝200V 所以120V<U <200V.7．如图所示，为一个从上向下看的俯视图，在光滑绝缘的水平桌面上，固定放置一条光滑绝缘的挡板轨道ABCD ，AB 段为直线，BCD 段是半径为R 的一部分圆弧(两部分相切于B 点)，挡板处于场强为E 的匀强电场中，电场方向与圆的直径MN 平行．现使一带电量为＋q 、质量为m 的小球由静止从斜挡板内侧上某点释放，为使小球沿挡板内侧运动，最后从D 点抛出，试求：(1)小球从释放到N 点沿电场强度方向的最小距离s ；(2)在上述条件下小球经过N 点时对挡板的压力大小．解析：(1)根据题意分析可知，小球过M 点对挡板恰好无压力时，s 最小，根据牛顿第二定律有qE ＝m v2M R，。

人教版高二物理选修3-1第一章 1.9带电粒子在电场中的运动课后训练题(含答案解析)

1.9 带电粒子在电场中的运动一、单选题1.如图，一充电后的平行板电容器的两极板相距l.在正极板附近有一质量为M、电荷量为q(q＞0)的粒子；在负极板附近有另一质量为m、电荷量为－q的粒子.在电场力的作用下，两粒子同时从静止开始运动.已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距l的平面.若两粒子间相互作用力可忽略，不计重力，则M∶m为()A． 3∶2B． 2∶1C． 5∶2D． 3∶12.如图所示，两平行金属板水平放置，板长为L，板间距离为d，板间电压为U，一不计重力、电荷量为q的带电粒子以初速度v0沿两板的中线射入，恰好沿下板的边缘飞出，粒子通过平行金属板的时间为t，则()A．在时间内，电场力对粒子做的功为UqB．在时间内，电场力对粒子做的功为UqC．在粒子下落的前和后过程中，电场力做功之比为1∶1D．在粒子下落的前和后过程中，电场力做功之比为1∶23.如图甲所示，在距离足够大的平行金属板A、B之间有一电子，在A、B之间加上如图乙所示规律变化的电压，在t＝0时刻电子静止且A板电势比B板电势高，则()A．电子在A、B两板间做往复运动B．在足够长的时间内，电子一定会碰上A板C．当t＝时，电子将回到出发点D．当t＝时，电子的位移最大4.如图所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，射入方向跟极板平行，整个装置处在真空中，重力可忽略，在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变大的是()A．U1变大、U2变大B．U1变小、U2变大C．U1变大、U2变小D．U1变小、U2变小二、多选题5.(多选)如图所示，电量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A、B两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则()A．它们通过加速电场所需的时间相等B．它们通过加速电场过程中动能的增量相等C．它们通过加速电场过程中速度的增量相等D．它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等6.(多选)带有等量异种电荷的平行金属板M、N水平放置，两个电荷P和Q以相同的速率分别从极板M边缘和两板中间沿水平方向进入板间电场，恰好从极板N边缘射出电场，如图所示．若不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用，下列说法正确的是()A．两电荷的电荷量可能相等B．两电荷在电场中运动的时间相等C．两电荷在电场中运动的加速度相等D．两电荷离开电场时的动能相等7.(多选)如图所示，六面体真空盒置于水平面上，它的ABCD面与EFGH面为金属板，其他面为绝缘材料．ABCD面带正电，EFGH面带负电．从小孔P沿水平方向以相同速率射入三个质量相同的带正电液滴A、B、C，最后分别落在1、2、3三点，则下列说法正确的是()A．三个液滴在真空盒中都做平抛运动B．三个液滴的运动时间一定相同C．三个液滴落到底板时的速率相同D．液滴C所带电荷量最多8.(多选)如图所示，平行直线表示电场线，但未标明方向，带电量为＋10－2C的微粒在电场中只受电场力作用，由A点移到B点，动能损失0.1 J，若A点电势为－10 V，则()A．B点的电势为0 VB．电场线方向从右向左C．微粒的运动轨迹可能是轨迹1D．微粒的运动轨迹可能是轨迹29.(多选)如图所示，一个质量为m、带电荷量为q的粒子(不计重力)，从两平行板左侧中点沿垂直场强方向射入，当入射速度为v时，恰好穿过电场而不碰金属板．要使粒子的入射速度变为，仍能恰好穿过电场，则必须再使()A．粒子的电荷量变为原来的B．两板间电压减为原来的C．两板间距离增为原来的4倍D．两板间距离增为原来的2倍10.(多选)如图甲所示，两平行金属板MN、PQ的板长和板间距离相等，板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场，电场方向与两板垂直，不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方向源源不断地射入电场，粒子射入电场时的初动能均为E k0，已知t＝0时刻射入电场的粒子刚好沿上板右边缘垂直电场方向射出电场．则()A．所有粒子都不会打到两极板上B．所有粒子最终都垂直电场方向射出电场C．运动过程中所有粒子的最大动能不可能超过2E k0D．只有t＝n(n＝0,1,2…)时刻射入电场的粒子才能垂直电场方向射出电场三、计算题11.一个带正电的微粒，从A点射入水平方向的匀强电场中，微粒沿直线AB运动，如图所示.AB与电场线夹角θ＝30°，已知带电粒子的质量m＝1.0×10－7kg，电荷量q＝1.0×10－10C，A、B相距L＝20 cm.(取g＝10 m/s2，结果保留两位有效数字)求：(1)说明微粒在电场中运动的性质，要求说明理由.(2)电场强度的大小和方向.(3)要使微粒从A点运动到B点，微粒射入电场时的最小速度是多少？12.长为L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＋q、质量为m的带电粒子，以初速度v0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，射出时速度恰与下极板成30°角，如图所示，不计粒子重力，求：(1)粒子末速度的大小；(2)匀强电场的场强；(3)两板间的距离.13.如图所示，A、B两块带异号电荷的平行金属板间形成匀强电场，一电子以v0＝4×106m/s的速度垂直于场强方向沿中心线由O点射入电场，从电场右侧边缘C点飞出时的速度方向与v0方向成30°的夹角．已知电子电荷e＝1.6×10－19C，电子质量m＝0.91×10－30kg.求：(1)电子在C点时的动能是多少焦？(2)O、C两点间的电势差大小是多少伏？14.如图所示，有一电子(电荷量为e)经电压U0加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间．若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：(1)金属板AB的长度；(2)电子穿出电场时的动能．答案解析1.【答案】A【解析】因两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距l的平面，电荷量为q的粒子通过的位移为l，电荷量为－q的粒子通过的位移为l，由牛顿第二定律知它们的加速度分别为a1＝，a2＝，由运动学公式有l＝a1t2＝t2①l＝a2t2＝t2②得＝.B、C、D错，A对.2.【答案】C【解析】由类平抛规律，在时间t内有：L＝v0t，＝at2，在内有：y＝a()2，比较可得y＝，则电场力做的功为W＝qEy＝＝，所以A、B错误．粒子下落的前和后过程中电场力做的功分别为：W1＝qE×，W2＝qE×，所以W1：W2＝1∶1，所以C正确，D错误．3.【答案】B【解析】粒子先向A板做半个周期的匀加速运动，接着做半个周期的匀减速运动，经历一个周期后速度为零，以后重复以上过程，运动方向不变，选B.4.【答案】B【解析】设电子被加速后获得初速度v0，则由动能定理得：qU1＝mv①若极板长为l，则电子在电场中偏转所用时间：t＝②设电子在平行板间受电场力作用产生的加速度为a，由牛顿第二定律得：a＝＝③电子射出偏转电场时，平行于电场方向的速度：v y＝at④由①②③④可得：v y＝又有：tanθ＝＝＝＝故U2变大或U1变小都可能使偏转角θ变大，故选项B正确，选项A、C、D错误．5.【答案】BD【解析】由于电量和质量相等，因此产生的加速度相等，初速度越大的带电粒子经过电场所用时间越短，A错误；加速时间越短，则速度的变化量越小，C错误；由于电场力做功W＝qU与初速度及时间无关，因此电场力对各带电粒子做功相等，则它们通过加速电场的过程中电势能的减少量相等，动能增加量也相等，B、D正确．6.【答案】AB【解析】两个电荷在电场中做类平抛运动，将它们的运动分解为沿水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动．设板长为L，粒子的初速度为v0，则粒子运动时间为t＝，L、v0相同，则时间相同．故B正确．竖直方向的位移为y＝at2，a＝，则y＝t2，E、t相同，y不同，因m的大小关系不清楚，q有可能相等．故A正确．由于位移为y＝at2，t相同，y不同，a不等，故C错误．根据动能定理，E k－mv＝qEy则E k＝mv＋qEy，故D错误．7.【答案】BD【解析】三个液滴在水平方向受到电场力作用，水平方向不是匀速直线运动，所以三个液滴在真空盒中不是做平抛运动，选项A错误．由于三个液滴在竖直方向做自由落体运动，三个液滴的运动时间相同，选项B正确．三个液滴落到底板时竖直分速度相等，而水平分速度不相等，所以三个液滴落到底板时的速率不相同，选项C错误．由于液滴C在水平方向位移最大，说明液滴C在水平方向加速度最大，所带电荷量最多，选项D正确．8.【答案】ABC【解析】由动能定理可知WE＝ΔE k＝－0.1 J；可知粒子受到的电场力做负功，故粒子电势能增加，B点的电势高于A点电势；而电场线由高电势指向低电势，故电场线向左，故B正确；A、B两点的电势差UAB＝＝－10 V，则UA－UB＝－10 V．解得UB＝0 V；故A正确；若粒子沿轨迹1运动，A点速度沿切线方向向右，受力向左，故粒子将向上偏转，故C正确；若粒子沿轨迹2运动，A点速度沿切线方向向右上，而受力向左，故粒子将向左上偏转，故D错误．9.【答案】AD【解析】粒子恰好穿过电场时，它沿平行板的方向发生位移L所用时间与垂直板方向上发生位移所用时间t相等，设板间电压为U，则有：＝··()2，得时间t＝＝.当入射速度变为，它沿平行板的方向发生位移L所用时间变为原来的2倍，由上式可知，粒子的电荷量变为原来的或两板间距离增为原来的2倍时，均使粒子在与垂直板方向上发生位移所用时间增为原来的2倍，从而保证粒子仍恰好穿过电场，因此选项A、D正确．10.【答案】ABC【解析】粒子在平行极板方向不受电场力，做匀速直线运动，故所有粒子的运动时间相同；t＝0时刻射入电场的带电粒子沿板间中线垂直电场方向射入电场，沿上板右边缘垂直电场方向射出电场，说明竖直方向分速度变化量为零，故运动时间为周期的整数倍；所有粒子最终都垂直电场方向射出电场；由于t＝0时刻射入的粒子在竖直方向始终做单向直线运动，竖直方向的分位移最大，故所有粒子最终都不会打到极板上；故A、B正确，D错误；t＝0时刻射入的粒子竖直方向的分位移为；有：＝·由于L＝d故：v y m＝v0故E k′＝m(v＋v)＝2E k0，故C正确．11.【答案】(1)微粒只在重力和电场力作用下沿AB方向运动，在垂直于AB方向上的重力和电场力必等大反向，可知电场力的方向水平向左，如图所示，微粒所受合力的方向由B指向A，与初速度v A方向相反，微粒做匀减速运动.(2)E＝×104N/C，电场强度的方向水平向左.(3)v A＝2m/s.【解析】(1)微粒只在重力和电场力作用下沿AB方向运动，在垂直于AB方向上的重力和电场力必等大反向，可知电场力的方向水平向左，如图所示，微粒所受合力的方向由B指向A，与初速度v A方向相反，微粒做匀减速运动.(2)在垂直于AB方向上，有qE sinθ－mg cosθ＝0所以电场强度E＝×104N/C，电场强度的方向水平向左.(3)微粒由A运动到B时的速度v B＝0时，微粒进入电场时的速度最小，由动能定理得，－(mgL sinθ＋qEL cosθ)＝0－mv，代入数据，解得v A＝2m/s.12.【答案】(1)(2)(3)L【解析】(1)粒子离开电场时，合速度与水平方向夹角为30°，由几何关系得合速度：v＝＝.(2)粒子在匀强电场中做类平抛运动，在水平方向上：L＝v0t，在竖直方向上：v y＝at，v y＝v0tan 30°＝，由牛顿第二定律得：qE＝ma解得：E＝.(3)粒子做类平抛运动，在竖直方向上：d＝at2，解得：d＝L.13.【答案】(1)9.7×10－18J(2)15.2 V【解析】(1)依据几何三角形解得：电子在C点时的速度为：v＝①而E k＝mv2②联立①②得：E k＝m()2≈9.7×10－18J.(2)对电子从O到C，由动能定理，有eU＝mv2－mv③联立①③得：U＝≈15.2 V.14.【答案】(1)d(2)e(U0＋)【解析】(1)设电子飞离加速电场时的速度为v0，由动能定理得eU0＝mv①设金属板AB的长度为L，电子偏转时间t＝②电子在偏转电场中产生偏转加速度a＝③电子在电场中的侧位移y＝d＝at2④联立①②③④得：L＝d.(2)设电子穿出电场时的动能为E k，根据动能定理得E k＝eU0＋e＝e(U0＋)．。

人教版高中物理选修3-1课后巩固作业：1.9带电粒子在电场中的运动(选修3-1)

（精心整理，诚意制作）(40分钟 50分)一、选择题(本题包括5小题，每小题5分，共25分.每小题至少一个选项正确)1.有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的匀强电场中，所有离子运动轨迹一样，说明所有离子( )A.具有相同的质量B.具有相同的电荷量C.具有相同的比荷(即qm)D.属于同一元素同位素2.(20xx·武汉高二检测)如图所示的装置处在真空中，平行板电容器的上、下极板分别与电源的负极和正极连接，电子从上极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从下极板边缘飞出.现在使电子入射速度变为原来的两倍并仍从原入射处射入，若电子还从下极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的( )A.2倍B.4倍C.0.5倍D.0.25倍3.α粒子的质量是质子的4倍，电荷量是质子的2倍，它们从静止开始经同一电场加速后，质子与α粒子获得的速度大小之比为( )A.1∶2B.1∶2C.2∶1D.2∶14.一台正常工作的示波管，突然发现荧光屏上画面的高度缩小，则产生故障的原因可能是( )A.加速电压突然变大B.加速电压突然变小C.偏转电压突然变大D.偏转电压突然变小5.一平行板电容器中存在匀强电场，电场沿竖直方向.两个比荷(即粒子的电荷量与质量之比)不同的带正电的粒子a和b，从电容器边缘的P点(如图所示)以相同的水平速度射入两平行板之间.测得a和b与电容器极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为1∶2.若不计重力，则a和b的比荷之比是( )A.1∶2B.1∶8C.2∶1D.4∶1二、非选择题(本题包括3小题，共25分，要有必要的文字叙述)沿着匀强电场的电场线方6.(8分)如图所示，一个电子(质量为m)电荷量为e，以初速度v向飞入匀强电场，已知匀强电场的场强大小为E，不计重力，问：(1)电子进入电场的最大距离.(2)电子进入电场最大距离的一半时的动能.7.(20xx·玉溪高二检测)(8分)一电子的电量大小为e、质量为m，从静止经电压U加速后，垂直场强方向射入一匀强电场.已知产生偏转电场的平行金属板长为L、场强为E；若电子能够飞出偏转电场，求电子刚离开偏转电场时速度的大小和方向.8.(9分)一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v进入匀强电场.如图所示.如果两极板间电压为U，两极板间的距离为d，板长为L.设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为多少？(粒子的重力忽略不计)答案解析1.【解析】选C.根据201qU x y ()2md v =，由于轨迹相同，v 0相同，则所有离子的比荷qm一定相同，选项C 正确.2.【解析】选C.电子的偏转距离2201eU y d 2md v ==l ，即2220eU d v 2m =l ，故入射速度v 0变为原来的两倍，两极板的间距d 应变为原来的12，C 选项正确. 3.【解析】选C.质子和α粒子都是正离子，从A 点释放将受电场力作用加速运动到B 点.设A 、B 两点间的电势差为U ，由动能定理有对质子：12m H v H 2=q H U,对α粒子：12m αv α2=q αU,所以H H H q m v 142v q m 211ααα⨯===⨯，故C 正确. 4. 【解析】选A 、D.若加速电压为U 1,偏转电压为U 2，则在加速电场中qU 1=12mv 02,在偏转电场中222201U q U L 1a ,L v t,y at ,y dm 24U d ====所以，画面高度缩小，说明粒子的最大偏转位移减小，由上式分析可得,可能是加速电压U 1增大，也可能是偏转电压U 2减小，A 、D 正确. 5.【解析】选D.由水平距离x 1∶x 2=1∶2知，两粒子在电场中运动时间之比t 1∶t 2=1∶2.粒子加速度之比a 1∶a 2=221221222yt t 4.2y t t ==根据22211qE q 2y a y at t ,,22m m Et E ====所以两粒子比荷之比即为其加速度之比，故两粒子比荷之比是4∶1,D 选项正确. 【方法技巧】类比与等效在“带电粒子在电场中运动”的应用技巧2q d 2mdv 由动能定理得电势能减少了220q U L 2md v。

人教版高中物理选修3-1练习：第一章9带电粒子在电场中的运动 Word版含答案

第一章静电场9带电粒子在电场中的运动A级抓基础1．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下列说法正确的是()A．一定是匀变速运动B．不可能做匀减速运动C．一定做曲线运动D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动答案：A2．下列关于带电粒子在电场中的运动轨迹与电场线的关系中，说法正确的是()A．带电粒子在电场中运动，如只受电场力作用，其加速度方向一定与电场线方向相同B．带电粒子在电场中的运动轨迹一定与电场线重合C．带电粒子只受电场力作用，由静止开始运动，其运动轨迹一定与电场线重合D．带电粒子在电场中的运动轨迹可能与电场线重合答案：D3．带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时(除电场力外不计其他力的作用)()A．电势能增加，动能增加B．电势能减小，动能增加C．电势能和动能都不变D．上述结论都不正确答案：B4．(多选)如图所示，有一质量为m、带电荷量为q的油滴，被置于竖直放置的两平行金属板间的匀强电场中．设油滴是从两板中间位置，并以初速度为零进入电场的，可以判定()A．油滴在电场中做抛物线运动B．油滴在电场中做匀加速直线运动C．油滴打在极板上的运动时间只取决于电场强度和两板间距离D．油滴打在极板上的运动时间不仅决定于电场强度和两板间距离，还取决于油滴的比荷解析：粒子从静止开始，受重力和电场力作用，两个力都是恒力，所以合力是恒力，粒子在恒力作用下做初速度为零的匀加速直线运动，选项B、D对．答案：BD5.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B点时，速度与场强方向成150°角，不计电子的重力，求A、B两点间的电势差．解析：电子进入匀强电场后在电场力作用下做匀变速曲线运动．根据运动的分解可知，电子在垂直于场强方向上做匀速直线运动．将B点的速度分解(如图)．v ＝v 0cos 60°＝2v 0. 电子从A 运动到B ，由动能定理得－eU AB ＝12m v 2－12m v 20，U AB ＝－3m v 202e. B 级提能力6．在如图所示平行板电容器A 、B 两板上加上如图所示的交变电压，开始B 板的电势比A 板高，这时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动，设电子在运动中不与极板发生碰撞，则下述说法正确的是(不计电子重力)( )A ．电子先向A 板运动，然后向B 板运动，再返回A 板做周期性来回运动B ．电子一直向A 板运动C ．电子一直向B 板运动D ．电子先向B 板运动，然后向A 板运动，再返回B 板做周期性来回运动答案：C7.如图所示，在某一真空中，只有水平向右的匀强电场和竖直向下的重力场，在竖直平面内有初速度为v 0的带电微粒，恰能沿图示虚线由A 向B 做直线运动．那么( )A．微粒带正、负电荷都有可能B．微粒做匀减速直线运动C．微粒做匀速直线运动D．微粒做匀加速直线运动答案：B8．如图所示，有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U2时，带电粒子沿②轨迹落到B板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为()A．U1∶U2＝1∶8B．U1∶U2＝1∶4C．U1∶U2＝1∶2 D．U1∶U2＝1∶1答案：A9．如图所示，A、B两块带异号电荷的平行金属板间形成匀强电场，一电子以v0＝4×106 m/s的速度垂直于场强方向沿中心线由O 点射入电场，从电场右侧边缘C点飞出时的速度方向与v0方向成30°的夹角．已知电子电荷e＝1.6×10－19 C，电子质量m＝0.91×10－30 kg，求：(1)电子在C 点时的动能；(2)O 、C 两点间的电势差大小．解析：(1)依据几何三角形解得：电子在C 点时的速度为：v t ＝v 0cos 30°.① 而E k ＝12m v 2，② 联立①②得：E k ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫v 0cos 30°2＝9.7×10－18 J. (2)对电子从O 到C ，由动能定理，有eU ＝12m v 2t －12m v 20.③ 联立①③得：U ＝m ()v 2t －v 202e ＝15.2 V .。

人教版选修3-1 高二(上 )第一章 9. 带电粒子在电场中的运动课后作业

A．小球水平位移x1与x2的比值1：3 B．小球水平位移x1与x2的比值1：4 C．小球落到B点时的动能32J D．小球从A点运动到B点的过程中最小动能为6J
9. 带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示．带电微粒只在静电力的作用下由静止开始运动，则下列说法中正确的是( )
11. 长为l的平行金属板，板门形成匀强电场，一个带电为＋q、质量为m的带电粒子，以初速紧贴上板垂直于电场线方向射入该电场，刚好从下板边缘射出，末速度恰与下板成30°，如图所示。求： (1)粒子末速度的大小； (2)匀强电场的场强；
(3)两板间的距离d。
12. 如图所示，在
的水平向左匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置，轨道与一水平绝缘轨道MN连接，半圆轨道所在平
A．板间电场强度大小为mg/q B．板间电场强度大小为mg/2q C．质点在板间的运动时间和它从板的右端运动到光屏的时间相等 D．质点在板间的运动时间大于它从板的右端运动到光屏的时间
8. 在电场方向水平向右的匀强电场中，一带电小球从A点竖直向上抛出，其运动的轨迹如图所示．小球运动的轨迹上A、B两点在同一水平线上，M为轨迹的最高点．小球抛出时的动能为8.0J，在M点的动能为6.0J，不计空气的阻力．则（）
面与电场线平行，其半径
，一带正电荷
的小滑块质量为
，与水平轨道间的动摩擦因数
，取
，求：
（1）要小滑块能运动到圆轨道的最高点L，滑块应在水平轨道上离N点多远处释放？
（2）这样释放的小滑块通过P点时对轨道的压力是多大？为半圆轨道中点
人教版选修3-1 高二（上）第一章 9. 带电粒子在电场中的运动课后作业
A．微粒在0～1 s内的加速度与1～2 s内的加速度相同 B．微粒将沿着一条直线运动

2020-2021高二物理3-1教师用书：第1章 9带电粒子在电场中的运动含解析

2020-2021学年高二物理人教版选修3-1教师用书：第1章9带电粒子在电场中的运动含解析9带电粒子在电场中的运动[学习目标]1。

［物理观念]了解带电粒子在电场中的运动特点。

2.［科学思维]会运用静电力、电场强度的概念，根据牛顿运动定律及运动学公式研究带电粒子在电场中的运动。

(重点、难点）3。

［科学方法］会运用静电力做功、电势、电势差的概念，根据功能关系研究带电粒子在电场中的运动。

（难点)4。

[科学态度与责任]了解示波管的构造和基本原理.一、带电粒子的加速1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受到重力的作用一般远小于静电力，故可以忽略。

2．带电粒子的加速(1）带电粒子在电场加速(直线运动)条件：只受电场力作用时，初速度为零或与电场力方向相同.(2)分析方法:动能定理。

（3）结论：初速度为零，带电荷量为q,质量为m的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，获得的速度为v＝错误!.二、带电粒子的偏转质量为m、带电荷量为q的基本粒子（忽略重力），以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，板间距离为d，板间电压为U。

1．运动性质(1）沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动。

（2）垂直v0的方向：初速度为零，加速度为a＝错误!的匀加速直线运动.2．运动规律(1）偏移距离：因为t＝lv0，a＝错误!，所以偏移距离y＝错误!at2＝错误!。

（2)偏转角度：因为v y＝at＝错误!，所以tan θ＝错误!＝错误!。

三、示波管的原理1．构造:示波管主要由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成,管内抽成真空。

2．原理（1）给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点。

(2)带电粒子在Ⅰ区域是沿直线加速的,在Ⅱ区域是偏转的。

(3）若U YY′〉0，U XX′＝0，则粒子向Y板偏移；若U YY′＝0,U XX′>0，则粒子向X板偏移。

人教版高中物理选修3-1 1.9 带电粒子在电场中的运动作业 (2)

1.9 带电粒子在电场中的运动作业1．下列带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动，经过相同的电势差U 后，哪个粒子获得的速度最大( )A ．质子11HB ．氘核21HC ．α粒子42HeD ．钠离子Na ＋答案 A解析四种带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动，经过相同的电势差U ，故根据动能定理， qU ＝12m v 2－0得v ＝2qU m 由上式可知，比荷q m 越大，速度越大；显然A 选项中质子的比荷最大，故A 正确；2．图为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空．A 为发射电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U ，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出时的速度大小为v .下面的说法中正确的是( )A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U ，则电子离开K 时的速度仍为vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U ，则电子离开K 时的速度变为v /2C ．如果A 、K 间距离不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v D ．如果A 、K 间距离不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v /2答案 AC解析电子在两个电极间加速电场中进行加速，由动能定理eU ＝12m v 2－0得v ＝2eU m，当电压不变，A 、K 间距离变化时，不影响电子的速度，故A 正确；电压减半，则电子离开K 时的速度为22v ，C 项正确． 3．平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电相连．若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子( )A ．所受重力与电场力平衡B ．电势能逐渐增加C ．动能逐渐增加D ．做匀变速直线运动答案 BD解析带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用，一是重力mg ，方向竖直向下；二是电场力F ＝Eq ，方向垂直于极板向上．因二力均为恒力，已知带电粒子做直线运动，所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上，根据牛顿第二定律可知，该粒子做匀减速直线运动，选项D 正确，选项A 、C 错误；从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出，电场力对粒子做负功，粒子的电势能增加，选项B 正确．4．如图所示，一电子沿x 轴正方向射入电场，在电场中的运动轨迹为OCD ，已知O A ＝A B ，电子过C 、D 两点时竖直方向的分速度为v Cy 和v Dy ；电子在OC 段和OD 段动能的变化量分别为ΔEk1和ΔE k2，则( )A ．v Cy ∶v Dy ＝1∶2B ．v Cy ∶v Dy ＝1∶4C ．ΔE k1∶ΔE k2＝1∶3D ．ΔE k1∶ΔE k2＝1∶4答案 AD解析电子沿Ox 轴射入匀强电场，做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，已知OA ＝AB ，则电子从O 到C 与从C 到D 的时间相等．电子在竖直方向上做初速度为零的匀加速运动，则有v cy ＝at OC ，v Dy ＝at OD ，所以v cy ∶v Dy ＝t OC ∶t OD ＝1∶2.故A 正确，B 错误；根据匀变速直线运动的推论可知，在竖直方向上：y OC ∶y OD ＝1∶4，根据动能定理得ΔE k1＝qEy OC ，ΔE k2＝qEy OD ，则得，ΔE k1∶ΔE k2＝1∶4.故C 错误，D 正确．5．如图所示，质量相同的两个带电粒子P 、Q 以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P 从两极板正中央射入，Q 从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上极板的过程中( )A ．它们运动的时间t Q ＞t PB ．它们运动的加速度a Q ＜a PC ．它们所带的电荷量之比q P ∶q Q ＝1∶2D ．它们的动能增加量之比ΔE k P ∶ΔE k Q ＝1∶2答案 C解析设两板距离为h ，P 、Q 两粒子的初速度为v 0，加速度分别为a P 和a Q ，粒子P 到上极板的距离是h 2，它们做类平抛运动的水平距离为l .则对P ，由l ＝v 0t P ，h 2＝12a P t 2P ，得到a P ＝h v 20l 2；同理对Q ，l ＝v 0t Q ，h ＝12a Q t 2Q ，得到a Q ＝2h v 20l 2.由此可见t P ＝t Q ，a Q ＝2a P ，而a P ＝q P E m ，a Q ＝q Q E m，所以q P ∶q Q ＝1∶2.由动能定理得，它们的动能增加量之比ΔE k P ∶ΔE k Q ＝ma P h 2∶ma Q h ＝1∶4.综上所述，C 项正确．6．如图所示，氕、氘、氚的原子核自初速度为零经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，那么( )A ．经过加速电场的过程中，静电力对氚核做的功最多B ．经过偏转电场的过程中，静电力对三种核做的功一样多C ．三种原子核打在屏上的速度一样大D ．三种原子核都打在屏的同一位置上答案 BD解析同一加速电场、同一偏转电场，三种原子核带电荷量相同，故在同一加速电场中静电力对它们做的功都相同，在同一偏转电场中静电力对它们做的功也相同，A 错，B 对；由于质量不同，所以三种原子核打在屏上的速度不同，C 错；再根据偏转距离公式或偏转角公式y ＝l 2U 24dU 1，tan θ＝lU 22dU 1知，与带电粒子无关，D 对． 7．带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示．带电微粒只在静电力的作用下由静止开始运动，则下列说法中正确的是( )A ．微粒在0～1 s 内的加速度与1 s ～2 s 内的加速度相同B ．微粒将沿着一条直线运动C ．微粒做往复运动D ．微粒在第1 s 内的位移与第3 s 内的位移相同答案 BD解析微粒在0～1 s 内的加速度与1 s ～2 s 内的加速度大小相等，方向相反，A 项错误；带正电的微粒放在电场中，第1 s 内加速运动，第2 s 内减速至零，故B 、D 对，C 项错误．8．如图所示，两金属板(平行)分别加上如下图中的电压，能使原静止在金属板中央的电子(不计重力)有可能做往返运动的电压图象应是(设两板距离足够大)( )答案 BC解析由A 图象可知，电子先做匀加速运动，12T 时速度最大，从12T 到T 内做匀减速运动，T 时速度减为零；然后重复一直向一个方向运动不往返．由B 图象可知，电子先做匀加速运动，14T 时速度最大，从14T 到12T 内做匀减速运动，12T 时速度减为零；从12T 到34T 反向匀加速运动，34T 时速度最大，从34T 到T 内做匀减速运动，T 时速度减为零．回到出发点．然后重复往返运动．由C 图象可知，电子先做加速度减小的加速运动，14T 时速度最大，从14T 到12T 内做加速度增大的减速运动，12T 时速度减为零；从12T 到34T 反向做加速度减小的加速运动，34T 时速度最大，从34T 到T 内做加速度减小的减速运动，T 时速度减为零．回到出发点，然后重复往返运动．由D 图象可知，电子先做匀加速运动，12T 时速度最大，从12T 到T 内做匀速运动，然后重复加速运动和匀速运动一直向一个方向运动．故选B 、C.9．两个共轴的半圆柱形电极间的缝隙中，存在一沿半径方向的电场，如图所示．带正电的粒子流由电场区域的一端M 射入电场，沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N 射出，由此可知( )A ．若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的质量一定相等B ．若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的动能一定相等C ．若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的速率一定相等D ．若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的动能一定相等答案 BC解析由题图可知，该粒子在电场中做匀速圆周运动，静电力提供向心力qE ＝m v 2r 得r ＝m v 2qE，r 、E 为定值，若q 相等，则12m v 2一定相等；若q m相等，则速率v 一定相等，故B 、C 正确．10．如图所示，内壁光滑的绝缘材料制成的圆轨道固定在倾角为θ＝37°的斜面上，与斜面的交点为A ，直径AB 垂直于斜面，直径CD 和MN 分别在水平和竖直方向上，它们处在水平向右的匀强电场中．质量为m 、电荷量为q 的小球(可视为点电荷)刚好能静止于圆轨道内的A 点．现对在A 点的该小球施加一沿圆环切线方向的瞬时速度，使其恰能绕圆环完成圆周运动．下列对该小球运动的分析中正确的是( )A ．小球一定带负电B ．小球运动到B 点时动能最小C ．小球运动到M 点时动能最小D ．小球运动到D 点时机械能最小答案 ABD解析小球能静止于A 点，说明小球在A 点所受的合力为零，静电力一定与场强方向相反，小球带负电，A 正确；小球所受的重力和静电力的合力F 是不变的，方向沿AB 直径指向A ，小球从A 运动到B 的过程中F 做负功，动能减小，所以小球运动到B 点时动能最小，B 正确，C 错误；在圆环上，D 点的电势最低，小球在D 点的电势能最大，由能量守恒定律可得，小球运动到D 点时机械能最小，D 正确．11．如图所示，水平放置的两平行金属板，板长为10 cm ，两板相距2 cm.一束电子以v 0＝4.0×107 m/s 的初速度从两板中央水平射入板间，然后从板间飞出射到距板右端L 为45 cm 、宽D 为20 cm 的荧光屏上．(不计电子重力，荧光屏中点在两板间的中线上，电子质量m ＝9.0×10－31 kg ，电荷量e ＝1.6×10－19 C)求：(1)电子飞入两板前所经历的加速电场的电压；(2)为使带电粒子能射中荧光屏所有位置，两板间所加电压的取值范围．答案 (1)4.5×103 V(2)－360 V ～360 V解析 (1)设加速电场的电压为U 1，由静电力做功和动能定理可得eU 1＝12m v 20－0 化简得U 1＝m v 202e代入数据得U 1＝4.5×103 V. (2)如图所示，设电子飞出偏转电场时速度为v 1，和水平方向的夹角为θ，偏转电压为U 2，偏转位移为y ，则：y ＝12at 2＝U 2e 2dm (l v 0)2 tan θ＝v y v 0＝U 2el dm v 20＝y l /2 由此看出，电子从偏转电场射出时，不论偏转电压多大，电子都像是从偏转电场的两极板间中线的中点沿直线射出一样，射出电场后电子做匀速直线运动恰好打在荧光屏的边缘上，结合图可得tan θ＝D /2L ＋l 2＝D 2L ＋l U 2＝Ddm v 20el (2L ＋l )，代入所有数据得U 2＝360 V因此偏转电压在－360 V ～360 V 范围内时，电子可打在荧光屏上的任何位置．12．如图所示，两块竖直放置的平行金属板A 、B ，板距d ＝0.04 m ，两板间的电压U ＝400 V ，板间有一匀强电场．在A 、B 两板上端连线的中点Q 的正上方，距Q 为h ＝1.25 m 的P 点处有一带正电的小球，已知小球的质量m ＝5×10－6 kg ，电荷量q ＝5×10－8 C ．设A 、B 板足够长，g 取10 m/s 2.试求：(1)带正电的小球从P 点开始由静止下落，经多长时间和金属板相碰；(2)相碰时，离金属板上端的距离多大．答案 (1)0.52 s (2)0.102 m解析 (1)设小球从P 到Q 需时间t 1，由h ＝12gt 21得t 1 ＝ 2h g ＝ 2×1.2510s ＝0.5 s ，小球进入电场后其飞行时间取决于静电力产生的加速度a ，由力的独立作用原理，可以求出小球在电场中的运动时间t 2.应有qE ＝ma ，E ＝U d ，d 2＝12at 22，以上三式联立，得t 2＝dm qU ＝0.04×5×10－65×10－8×400 s ＝0.02 s ，运动总时间t ＝t 1＋t 2＝0.5 s ＋0.02 s ＝0.52 s.(2)小球由P 点开始在竖直方向上始终做自由落体运动，在时间t 内的位移为y ＝12gt 2＝12×10×(0.52)2 m ＝1.352 m. 相碰时，与金属板上端的距离为s ＝y －h ＝1.352 m －1.25 m ＝0.102 m ．。

2019-2020年人教版物理选修3-1课时分层作业9 带电粒子在电场中的运动+Word版含解析

课时分层作业(九)(时间：40分钟分值：100分)[基础达标练]一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．(多选)如图所示，M 、N 是真空中的两块平行金属板，质量为m 、电荷量为q 的带电粒子以初速度v 0由小孔射入板间电场，当M 、N 间电势差为U 时，粒子恰好能到达N 板。

要使这个带电粒子到达M 、N 板间距的12后返回，下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)( )A ．使初速度减小为原来的12B ．使M 、N 间电势差加倍C ．使M 、N 间电势差提高到原来的4倍D ．使初速度和M 、N 间电势差都减小为原来的12BD [由动能定理得qE ·l ＝12m v 20，当v 0变为22v 0时，l 变为l 2，因为qE ＝q Ud ，所以qE ·l ＝q U d ·l ＝12m v 20，通过分析知B 、D 正确。

]2．如图所示，一个平行板电容器充电后与电源断开，从负极板处释放一个电子(不计重力)，设其到达正极板时的速度为v 1，加速度为a 1.若将两极板间的距离增大为原来的2倍，再从负极板处释放一个电子，设其到达正极板时的速度为v 2，加速度为a 2，则( )A ．a 1∶a 2＝1∶1，v 1∶v 2＝1∶2B ．a 1∶a 2＝2∶1，v 1∶v 2＝1∶2C ．a 1∶a 2＝2∶1，v 1∶v 2＝2∶1D ．a 1∶a 2＝1∶1，v 1∶v 2＝1∶ 2D [电容器充电后与电源断开，再增大两极板间的距离时，场强不变，电子在电场中受到的静电力不变，故a1∶a2＝1∶1。

由动能定理Ue＝12m v2得v＝2Uem，因两极板间的距离增大为原来的2倍，由U＝Ed知，电势差U增大为原来的2倍，故v1∶v2＝1∶2。

]3．喷墨打印机的简化模型如图所示。

重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v垂直于匀强电场飞入极板间，最终打在纸上，则微滴在极板间电场中()A．向负极板偏转B．电势能逐渐增大C．运动轨迹是抛物线D．运动轨迹与带电荷量无关C[由于微滴带负电，其所受电场力指向正极板，故微滴在电场中向正极板偏转，A项错误。

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1.9 带电粒子在电场中的运动作业1．如图所示，电量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A 、B 两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则( ) A ．它们通过加速电场所需的时间相等 B ．它们通过加速电场过程中动能的增量相等 C ．它们通过加速电场过程中速度的增量相等 D ．它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等答案 BD解析由于电量和质量相等，因此产生的加速度相等，初速度越大的带电粒子经过电场所用时间越短，A 错误；加速时间越短，则速度的变化量越小，C 错误；由于电场力做功W ＝qU 与初速度及时间无关，因此电场力对各带电粒子做功相等，则它们通过加速电场的过程中电势能的减少量相等，动能增加量也相等，B 、D 正确．2．如图所示，有一带电粒子贴着A 板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U 1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U 2时，带电粒子沿②轨迹落到B 板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为( ) A ．U 1∶U 2＝1∶8 B ．U 1∶U 2＝1∶4 C ．U 1∶U 2＝1∶2 D ．U 1∶U 2＝1∶1答案 A解析由y ＝12at 2＝12Uq md ·l 2v 20得：U ＝2m v 20dy ql 2，所以U ∝y l2，可知A 项正确． 3．在如图甲所示平行板电容器A 、B 两板上加上如图乙所示的交变电压，开始B 板的电势比A 板高，这时两板中间原的静止的电子在电场力作用下开始运动，设电子在运动中不与极板发生碰撞，则下述说法正确的是(不计电子重力)( )甲乙A ．电子先向A 板运动，然后向B 板运动，再返回A 板做周期性回运动 B ．电子一直向A 板运动C ．电子一直向B 板运动D ．电子先向B 板运动，然后向A 板运动，再返回B 板做回周期性运动答案 C解析由运动学和动力学规律画出如右图所示的v -t 图象可知，电子一直向B 板运动，C 正确.4．如图(a)所示，两个平行金属板P 、Q 竖直放置，两板间加上如图(b)所示的电压．t ＝0时，Q 板比P 板电势高5 V ，此时在两板的正中央M 点放一个电子，速度为零，电子在静电力作用下运动，使得电子的位置和速度随时间变化．假设电子始终未与两板相碰．在0＜t ＜8×10－10s 的时间内，这个电子处于M 点的右侧、速度方向向左且大小逐渐减小的时间是( )A ．0＜t ＜2×10－10sB ．2×10－10 s ＜t ＜4×10－10 sC ．4×10－10s ＜t ＜6×10－10s D ．6×10－10s ＜t ＜8×10－10s答案 D解析 0～T 4过程中电子向右做加速运动；T 4～T 2过程中，电子向右减速运动，T 2～34T 过程中电子向左加速，34T ～T 过程中电子向左减速，D 选项正确．5．如图所示，a 、b 两个带正电的粒子，以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，a 粒子打在B 板的a ′点，b 粒子打在B 板的b ′点，若不计重力，则( )A ．a 的电荷量一定大于b 的电荷量B ．b 的质量一定大于a 的质量C ．a 的比荷一定大于b 的比荷D ．b 的比荷一定大于a 的比荷答案 C解析粒子在电场中做类平抛运动，h ＝12qE m (x v 0)2得：x ＝v 0 2mhqE.由v 0 2hm aEq a＜v 0 2hm b Eq b 得q a m a ＞q bm b. 6．三个α粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入偏转电场，出现了如图所示的运动轨迹，由此可判断( )A ．在B 飞离电场的同时，A 刚好打在负极板上 B ．B 和C 同时飞离电场C ．进入电场时，C 的速度最大，A 的速度最小D ．动能的增加值C 最小，A 和B 一样大答案 ACD解析由题意知，三个α粒子在电场中的加速度相同，A 和B 有相同的偏转位移y ，由公式y ＝12at 2得，A 和B 在电场中运动时间相同，由公式v 0＝xt 得v B >v A ，同理，v C >v B ，故三个粒子进入电场时的初速度大小关系为v C >v B >v A ，故A 、C 正确，B 错误；由题图知，三个粒子的偏转位移大小关系为y A ＝y B >y C ，由动能定理可知，三个粒子的动能增加值为C 最小，A 和B 一样大，D 正确．7．如图所示，是一个说明示波管工作原理的示意图，电子经电压U 1加速后垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h ，两平行板间的距离为d ，电势差为U 2，板长为L .为了提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量hU 2)，可采用的方法是( ) A ．增大两板间的电势差U 2 B ．尽可能使板长L 短些 C ．尽可能使板间距离d 小一些 D ．使加速电压U 1升高一些答案 C解析电子的运动过程可分为两个阶段，即加速和偏转，分别根据两个阶段的运动规律，推导出灵敏度hU 2的有关表达式，然后再判断选项是否正确，这是解决此题的基本思路．电子经电压U 1加速有：eU 1＝12m v 20，①电子经过偏转电场的过程有：L ＝v 0t ，② h ＝12at 2＝eU 22md t 2＝U 2L 24dU 1，③由①②③可得h U 2＝L 24dU 1.因此要提高灵敏度，若只改变其中的一个量，可采取的办法为增大L 、减小d ，或减小U 1，所以本题的正确选项为C.8．如图所示的示波管，当两偏转电极XX ′、YY ′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标系的O 点，其中x 轴与XX ′电场的场强方向重合，x 轴正方向垂直于纸面向里，y 轴与YY ′电场的场强方向重合，y 轴正方向竖直向上)．若要电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限，则( ) A ．X 、Y 极接电的正极，X ′、Y ′接电的负极 B ．X 、Y ′极接电的正极，X ′、Y 接电的负极 C ．X ′、Y 极接电的正极，X 、Y ′接电的负极 D ．X ′、Y ′极接电的正极，X 、Y 接电的负极答案 D解析若要使电子打在题图所示坐标系的第Ⅲ象限，电子在x 轴上向负方向偏转，则应使X ′接正极，X 接负极；电子在y 轴上也向负方向偏转，则应使Y ′接正极，Y 接负极，所以选项D 正确．9．示波管是一种多功能电学仪器，它的工作原理可以等效成下列情况：如图所示，真空室中电极K 发出电子(初速度不计)，经过电压为U 1的加速电场后，由小孔S 沿水平金属板A 、B 间的中心线射入板中．金属板长为L ，相距为d ，当A 、B 间电压为U 2时电子偏离中心线飞出电场打到荧光屏上而显示亮点．已知电子的质量为m 、电荷量为e ，不计电子重力，下列情况中一定能使亮点偏离中心距离变大的是( ) A ．U 1变大，U 2变大 B ．U 1变小，U 2变大 C ．U 1变大，U 2变小 D ．U 1变小，U 2变小答案 B解析当电子离开偏转电场时速度的反向延长线一定经过偏转电场中水平位移的中点，所以电子离开偏转电场时偏转角度越大(偏转距离越大)，亮点距离中心就越远．设电子经过U 1加速后速度为v 0，离开偏转电场时侧向速度为v y .根据题意得：eU 1＝12m v 20.①电子在A 、B 间做类平抛运动，当其离开偏转电场时侧向速度为v y ＝at ＝eU 2md ·Lv 0.②结合①②式，速度的偏转角θ满足： tan θ＝v y v 0＝U 2L 2dU 1.显然，欲使θ变大，应该增大U 2、L ，或者减小U 1、d .正确选项是B.10．一束正离子以相同的速率从同一位置，沿垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有离子的运动轨迹都是一样的，这说明所有粒子( ) A ．都具有相同的质量 B ．都具有相同的电荷量 C ．具有相同的比荷 D ．都是同一元素的同位素答案 C解析由偏转距离y ＝12qE m (l v 0)2＝qEl 22m v 20可知，若运动轨迹相同，则水平位移相同，偏转距离y也应相同，已知E 、l 、v 0是相同的，所以应有qm相同．11．如图所示，水平放置的平行板电容器，上板带负电，下板带正电，带电小球以速度v 0水平射入电场，且沿下板边缘飞出．若下板不动，将上板上移一小段距离，小球仍以相同的速度v 0从原处飞入，则带电小球( ) A ．将打在下板中央B ．仍沿原轨迹由下板边缘飞出C ．不发生偏转，沿直线运动D ．若上板不动，将下板上移一段距离，小球可能打在下板的中央答案 BD解析将电容器上板或下板移动一小段距离，电容器带电荷量不变，由公式E ＝U d ＝QCd ＝4k πQεr S可知，电容器产生的场强不变，以相同速度入射的小球仍将沿原轨迹运动．当上板不动，下板向上移动时，小球可能打在下板的中央．12．两个半径均为R 的圆形平板电极，平行正对放置，相距为d ，极板间的电势差为U ，板间电场可以认为是匀强电场．一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板中心．已知质子电荷量为e ，质子和中子的质量均视为m ，忽略重力和空气阻力的影响，求 (1)极板间的电场强度E ；(2)α粒子在极板间运动的加速度a ； (3)α粒子的初速度v 0. 答案 (1)U d (2)eU 2md (3)R 2deU m解析 (1)极板间场强E ＝Ud(2)α粒子电荷量为2e ，质量为4m ，所受静电力F ＝2eE ＝2eUd，α粒子在极板间运动的加速度a ＝F 4m ＝eU2dm(3)由d ＝12at 2，得t ＝2da＝2d m eU ，v 0＝R t ＝R 2deUm13．一束电子从静止开始经加速电压U 1加速后，以水平速度射入水平放置的两平行金属板中间，如图所示，金属板长为l ，两板距离为d ，竖直放置的荧光屏距金属板右端为L .若在两金属板间加直流电压U 2时，光点偏离中线打在荧光屏上的P 点，求OP . 答案U 2L 2U 1d (l2＋L ) 解析电子经U 1的电场加速后，由动能定理可得 eU 1＝m v 202①电子以v 0的速度进入U 2的电场并偏转 t ＝l v 0② E ＝U 2d ③a ＝eE m ④v ⊥＝at ⑤由①②③④⑤得射出极板的偏转角θ的正切值tan θ＝v ⊥v 0＝U 2l 2U 1d. 所以OP ＝(l 2＋L )tan θ＝U 2l 2U 1d (l2＋L )．。