1、第9节 带电粒子在电场中的运动（满分100分，60分钟完成） 班级_姓名_目的要求：1掌握带电粒子在匀强电场中加速和偏转的规律；2能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的加速和偏转问题。第卷(选择题 共48分)一、选择题：本大题共8小题，每小题6分，共48分。在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确，选对的得6分，对而不全得3分。选错或不选的得0分。1让质子和氘核的混合物沿着与电场垂直的方向进入匀强电场，要使它们最后偏转角相同，这些粒子进入电场时必须具有相同的（）A初速度B动能C动量D质量2如图1所示，静止的电子在加速电压U1的作用下从O经P板的小孔射出，又垂直进入平行金属板
2、间的电场，在偏转电压U2的作用下偏转一段距离。现使U1加倍，要想使电子的运动轨迹不发生变化，应该（）图1A使U2加倍B使U2变为原来的4倍C使U2变为原来的倍D使U2变为原来的倍3a、b、c三个粒子由同一点垂直电场方向进入偏转电场，其轨迹如图2所示，其中b恰好飞出电场.由此可以肯定（）abc图2A在b飞离电场的同时，刚好打在负极板上Bb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动能的增量，c的最小，a和b的一样大EH图34质量为m的物块，带正电Q，开始时让它静止在倾角60的固定光滑绝缘斜面顶端，整个装置放在水平方向、大小为E的匀强电场，如图3所示，斜面高为H，释放物体后，物块落
3、地的速度大小为（）A B C2D25如图4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的两场平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行，整装置处于真空中，重力可忽略，在满足电子能射出平行板区的条件下，下列情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（）图4U1U2AU1变大，U2变大 BU1变小，U2变大 CU1变大，U2变小 DU1变小，U2变小 6如图5所示，从F处释放一个无初速的电子向B极方向运动，指出下列对电子运动的描述中哪些是正确的（设电源电压为U）（）图5A电子到达B板时的动能是eUB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3eVD电子在A板和D板之
4、间做往复运动7如图6所示，在粗糙、绝缘且足够大的水平面上固定着一个带负电荷的点电荷Q。将一个质量为m带电荷为q的小金属块（金属块可以看成为质点）放在水平面上并由静止释放，金属块将在水平面上沿远离Q的方向开始运动，则在金属块的整个过程中（）图6A电场力对金属块做的功等于金属块增加的机械能B金属块的电势能先减小后增大C金属块的加速度一直减小D电场对金属块所做的功一定等于摩擦产生的热8如图7所示，为一有界匀强电场，场强方向为水平方向（虚线为电场线），一带负电微粒以某一角度从电场的a点斜向上方射入，沿直线运动到b点，则可知（）ab图7A电场中a点的电势低于b点的电势B微粒在a点时的动能与电势能之和与在
5、b点时的动能与电势能之和相等C微粒在a点时的动能小于在b点时的动能，在a点时的电势能大于在b点时的电势能D微粒在a点时的动能大于在b点时的动能，在a点时的电势能小于在b点时的电势能第卷（非选择题，共52分）二、填空、实验题：本大题共5小题，每小题5分，共25分。把正确答案填写在题中横线上或按要求作答。9质量为21016 kg的带正电油滴，静止在水平放置的两块平行金属板之间，两板距离为3.2 cm.两板间电压的最大可能值是_V，从最大值开始三个逐渐减少的数值是_、_、_。（g取10 m/s2）10一质量为m，电量为q的带电粒子（不计重力），以平行于电场线的初速度v0射入匀强电场，经过ts时间，带
6、电粒子具有的电势能与刚射入到电场时具有的电势能相同.则此匀强电场的强度为_，带电粒子在电场中所通过的路程为_。11一个动能为Ek 的带电粒子，垂直于电力线方向飞入平行板电容器，飞出电容器时动能为2Ek ，如果使这个带电粒子的初速度变为原来的两倍，那么它飞出电容器时的动能变为_。图812真空中有两平行金属板，如图8所示，两板间的电势差为U，两板间距离为d。设有一些带正电荷q、质量为m的粒子，以初速度v0垂直进入匀强电场，设粒子穿过电场后刚好从距金属板处飞出，带电粒子离开偏转电场时的速度是 。图9v0dL13一束质量为m、电量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场，如图9所示，如果两极
7、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_（粒子的重力忽略不计）。三、计算题：本大题共2小题，计27分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。14（12分）一初速为零的带电粒子经电压为U4.0103V的匀强电场加速后，获得5.0103m/s的速度，粒子通过加速电场的时间t1.0104s，不计重力的作用，则带电粒子的比荷为多大？匀强电场的场强为多大？粒子通过电场过程中的位移为多大？DABdhm，qv0图10C15（15分）如图10所示，水平上下放
8、置的平行金属板A、B相距d，B板的正中有小孔C，在小孔C的正下方距C孔为h的D点处有质量为m，带电量为q（q0）的微粒，以速度v0竖直向上飞出。要使粒子穿过小孔后能达到A板，试问A、B两板的电势差UAB应满足怎样的条件？第9节 带电粒子在电场中的运动参考答案一、选择题：1【答案】B 【点拨】因tan，质子和氘核的带电量q相同，只要mv02相同，或者说动能相同，就相同。2【答案】A 【点拨】要使电子轨迹不变，则应使电子进入偏转电场后，任一水平位移x所对应的偏距y保持不变。由yat2（）2和qU1mv02得y。可见在x、y一定时，U2U1。3【答案】ACD 【点拨】因为在电场方向三个粒子的加速度相
9、同，所以在b飞离电场的同时，刚好打在负极板上，A正确，B错误；取任意相同的时间，a的位移最小，c的位移最大，C正确；在电场方向，a、b通过的距离相同，大于c通过的距离，D正确。4【答案】C 【点拨】根据物体的受力知，重力与电场力的合力方向与水平方向的夹角为30，合力大小为2mg，物体不会沿斜面下滑，而是沿着重力和电场力合力的方向做匀加速直线运动，加速度为2g。物体从静止开始至地面移动的距离为2H，根据运动学关系可计算出落地速度，C正确。5【答案】B 【点拨】电子经加速、偏转飞出电场时偏转角的正切计算公式为：。一定能使变大的情况是U2变大、U1变小，B正确。6【答案】ABD 【点拨】电子从A到B
10、电场力做正功eU，电子到达B板时的动能是eU，A正确；从B到C做匀速运动，电子从B板到达C板动能变化量为零，B正确；从C到D做减速运动，电场力做负功eU，在D板时速度减为零之后返回，在A、D板间做往复运动，C错误，D正确。7【答案】D 【点拨】金属块由静止先加速，后减速，最后速度为零。金属块的机械能先增大后减小，初末状态的机械能不变，A错误；电场力始终做正功，电势能始终减小，B错误；加速度先减小而后增大，C错误；由能量守恒可知，电场力对金属块做的功应等于摩擦而产生的热量，D正确。8【答案】D 【点拨】因带电微粒从a点沿直线运动到b点，场强方向一定水平向右，故a点的电势一定高于b点的电势，A错误
11、；微粒在电场中运动，动能、电势能、重力势能三种能量之和保持不变，因为微粒在a点的重力势能小于在b点的重力势能，B错误；又因为带电微粒从a点运动到b点，合外力做负功，故动能减小，即EkaEkb。从a到b，电场力做负功，故电势能增加，即E电aE电b。C错误，D正确。二、填空、实验题：9【答案】400；400V；200V；133.3V 【点拨】由于带正电油滴的电荷量不知，但总是为qne，根据二力的平衡得：mgqE所以：U，n1，2，3，4，。10【答案】；【点拨】根据题意，经ts时间，带电粒子具有的电势能与刚射入到电场时具有相同的电势能，这表明在t时间内电场力所做的功为零，也就是说经ts后带电粒子又
12、回到原来的等势面上，由此确定带电粒子的运动是类竖直上抛运动。所以t，所以E。在时间内平均速度，所以，得s。11【答案】4.25Ek 【点拨】因为偏转距离为，所以带电粒子的初速度变为原来的两倍时，偏转距离变为。所以电场力做功只有W0.25 Ek，所以它飞出电容器时的动能变为4.25Ek。12【答案】 【点拨】根据动能定理得：q，得：vt。13【答案】 【点拨】带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场，在垂直极板方向做初速为零的匀加速直线运动，发生的侧移yat2。带电粒子从进入电场到飞出极板的过程中电场力做的功为：WqEyq，所以带电粒子的电势能减少。三、计算题：14【答案】3.125103C/kg；1.6104V/m；0.25m。【解析】由动能定理得：解得：3.125103C/kg由动量定理得：qEtmv解得：1.6104V/m。由运动学关系得，粒子通过电场过程中的位移：0.25m。15【答案】UAB【解析】先要保证微粒能进入C孔，即须满足v0。依题意微粒能到A板，设到达A板时速度为vA，对DA过程运用动能定理：解得：对vA，应满足vA0，故UAB须满足：UAB由开始的分析可知，还应同时满足v0即须同时满足两式，微粒才有可能达到A板。