2020年高中物理课时训练人教版选修3-1-1.9带电粒子在电场中的运动.docx

课时训练9　带电粒子在电场中的运动

1.静电除尘器是目前普遍接受的一种高效除尘器。某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板,图中直线AB为该收尘板的横截面。工作时收尘板带正电,其左侧的电场线分布如图所示;粉尘带负电,在静电力作用下向收尘板运动,最终落在收尘板上。若用粗黑曲线表示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹,下列4幅图中可能正确的是(忽视重力和空气阻力)(　　)

答案:A
解析:因粉尘带负电,故带电粉尘所受静电力的方向与电场线的切线方向相反,轨迹上任何一点的切线方向为运动方向,若粒子做曲线运动,轨迹应消灭在速度方向和静电力的方向所夹的区域内。从轨迹上找几个点推断一下,只有A项符合。故A项正确。

2.如图所示,在电场强度为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、带电荷量为-q(q>0)的微粒从A点匀速移到B点,重力不能忽视,则下面说法中正确的是(　　)
A.外力的方向水平向右
B.外力的方向竖直向上
C.外力的大小等于qE+mg
D.外力的大小等于
答案:D
解析:分析微粒受力,重力mg、静电力qE、外力F,由于微粒做匀速运动,三个力的合力为零,外力的大小和重力与静电力的合力大小相等,F=,F的方向应和重力与静电力的合力方向相反,选项D正确。
3.三个α粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入偏转电场,消灭了如图所示的运动轨迹,由此可推断(　　)

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=at2得,A和B在电场中运动时间相同,由公式v0=得vB>vA,同理,vC>vB,故三个粒子进入电场时的初速度大小关系为vC>vB>vA,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yA=yB>yC,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。
4.如图所示,水平放置的平行板间的匀强电场正中间的P点有一个带电微粒正好处于静止状态,假如将平行带电板改为竖直放置,带电微粒的运动将是(　　)

A.连续保持静止状态
B.从P点开头做自由落体运动
C.从P点开头做平抛运动
D.从P点开头做初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动
答案:D
解析:对微粒进行受力分析可知:mg=Eq
若将平行板改为竖直,则微粒受力F=mg
所以微粒将做匀加速直线运动,a=g。
5.光滑水平面上有一边长为l的正方形区域处在电场强度为E的匀强电场中,电场方向与正方形一边平行。一质量为m、带电荷量为q的小球由某一边的中点,以垂直于该边的水平初速度v0进入该正方形区域。当小球再次运动到该正方形区域的边缘时,具有的动能可能为(　　)

A.0 B.qEl
C. D.qEl
答案:ABC
解析:由题意知,小球从进入电场至穿出电场时可能存在下列三种状况:从穿入处再穿出时,静电力不做功,C项对;从穿入边的邻边穿出时,静电力做正功W=Eq·,由功能关系知B项对;从穿入边的对边穿出时,若静电力做负功,且功的大小等于,则A项对;而静电力做正功时,不行能消灭W=Eql,D项错。
6.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),可接受的方法是(　　)

A.增大两板间的电势差U2
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U1上升一些
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。分别依据两个阶段的运动规律,推导出灵敏度()的有关表达式,然后再推断选项是否正确,这是解决此题的基本思路。电子经电压U1加速有:eU1=,电子经过偏转电场的过程有:l=v0t,h=at2=t2=。由以上各式可得。因此要提高灵敏度,若只转变其中的一个量,可实行的方法为增大l,或减小d,或减小U1。所以本题的正确选项为C。
7.一个电子以4.0×107m/s的初速度沿电场线方向射入电场强度为2.5×104N/C的匀强电场中,问:这个电子在电场中能前进多远?用的时间是多少?这段距离上的电势差是多少?(电子质量m=0.91×10-30kg)
答案:0.182 m　9.1×10-9s　4.55×103V
解析:电子在电场中做匀减速直线运动,由牛顿其次定律得电子的加速度
a=①
电子在电场中前进的时间t=②
电子在电场中前进的距离x=at2③
由①②③解得x=0.182 m,t=9.1×10-9s
这段距离上的电势差U=Ex=4.55×103V。
8.如图所示是示波器的示意图,竖直偏转电极的极板长l1=4 cm,板间距离d=1 cm。板右端距离荧光屏l2=18 cm,(水平偏转电极上不加电压,没有画出)电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是v=1.6×107 m/s,电子电荷量e=1. 6×10-19C,质量m=0.91×10-30 kg。要使电子束不打在偏转电极上,加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过多大?

答案:91 V
解析:由类平抛运动的学问得:d=at2①
由牛顿其次定律得:a=②
所以,飞行时间t=③
由以上三式,解得最大偏转电压:U=
代入数据得U=91 V。