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2022年高中物理 第1章 第9節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí) 新人教版選修3-1

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1、2022年高中物理 第1章 第9節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí) 新人教版選修3-1 1.帶電粒子的加速. (1)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析:帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),受到靜電力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上,做勻加(減)速直線運(yùn)動(dòng). (2)用功能觀點(diǎn)分析:粒子動(dòng)能的變化量等于靜電力做的功(語言敘述動(dòng)能定理). qU=mv2(初速度為零時(shí)). qU=mv2-mv(初速度不為零時(shí)). 注意:以上公式適用于勻強(qiáng)或非勻強(qiáng)電場(chǎng). 2.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)(限于勻強(qiáng)電場(chǎng)). (1)帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),受到恒定的與初速度方向垂直的靜電力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(軌跡為拋物

2、線). (2)偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的分析處理方法(類似平拋運(yùn)動(dòng)分析方法). ①沿初速度方向以速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng). ②沿電場(chǎng)力方向初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng). (3)基本公式. ①加速度:a=. ②運(yùn)動(dòng)時(shí)間:t=. ③離開電場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)量:y=. ④偏轉(zhuǎn)角:tan θ=. 1.兩平行金屬板相距為d,電勢(shì)差為U,一電子質(zhì)量為m,電荷量為e,從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出,最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn),然后返回,如圖所示,OA=h,此電子具有的初動(dòng)能是(D) A. B.edUh C. D. 解析:由動(dòng)能定理得:-eh=-Ek,所以Ek=. 2.(多選)如圖是某種靜電礦料分選器的原理示意圖

3、,帶電礦粉經(jīng)漏斗落入水平勻強(qiáng)電場(chǎng)后,分落在收集板中央的兩側(cè).對(duì)礦粉分離的過程,下列表述正確的有(BD) A.帶正電的礦粉落在右側(cè) B.電場(chǎng)力對(duì)礦粉做正功 C.帶負(fù)電的礦粉電勢(shì)能變大 D.帶正電的礦粉電勢(shì)能變小 解析:正、負(fù)電的礦粉受電場(chǎng)力做正功分別落到左、右兩側(cè),根據(jù)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系有正、負(fù)電的礦粉的電勢(shì)能都變小,故選B、D. 3.帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)(除電場(chǎng)力外不計(jì)其他力的作用)(B) A.電勢(shì)能增加,動(dòng)能增加 B.電勢(shì)能減小,動(dòng)能增加 C.電勢(shì)能和動(dòng)能都不變 D.上述結(jié)論都不正確 解析:整個(gè)過程電場(chǎng)力做正功,只有電勢(shì)能與動(dòng)

4、能之間相互轉(zhuǎn)化,根據(jù)能量守恒,減小的電勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,故A、C、D錯(cuò)誤,B正確. 點(diǎn)評(píng):從能量守恒的角度考慮整個(gè)過程時(shí),一個(gè)能量減小量,一定等于另一個(gè)能量的增加量. 4.電子以初速度v0沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入兩平行金屬板中間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,現(xiàn)增大兩板間的電壓,但仍使電子能夠穿過平行板間,則電子穿越平行板所需要的時(shí)間 (D) A.隨電壓的增大而減小 B.隨電壓的增大而增大 C.加大兩板間距離,時(shí)間將減小 D.與電壓及兩板間距離均無關(guān) 解析:電子垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向射入兩平行金屬板中間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,在平行于金屬板的方向電子不受力而做勻速直線運(yùn)動(dòng),由L=v0t得,

5、電子穿越平行板所需要的時(shí)間為t=,與金屬板的長成正比,與電子的初速度大小成反比,與其他因素?zé)o關(guān),即與電壓及兩板間距離均無關(guān). 點(diǎn)評(píng):本題只要根據(jù)平行于金屬板的方向電子做勻速直線運(yùn)動(dòng),由位移公式即可分析. 5.如下圖所示,電子在電勢(shì)差為U1的電場(chǎng)中加速后,垂直射入電勢(shì)差為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng).在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的條件下,下列四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是(B) A.U1變大、U2變大 B.U1變小、U2變大 C.U1變大、U2變小 D.U1變小、U2變小 6.如下圖所示,靜止的電子在加速電壓為U1的電場(chǎng)的作用下從O經(jīng)P板的小孔射出,又垂直進(jìn)入平行金屬板間的電場(chǎng)

6、,在偏轉(zhuǎn)電壓U2的作用下偏轉(zhuǎn)一段距離.現(xiàn)使U1加倍,要想使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生變化,應(yīng)該使(A) A.U2加倍 B.U2變?yōu)樵瓉淼?倍 C.U2變?yōu)樵瓉淼谋? D.U2變?yōu)樵瓉淼?/2倍 ?能力提升 7.如圖所示,兩極板與電源相連接,電子從負(fù)極板邊緣垂直電場(chǎng)射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中,且恰好從正極板邊緣飛出,現(xiàn)在使電子入射速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?,而電子仍從原位置射入,且仍從正極板邊緣飛出,則兩極板的間距應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?C) A.2倍 B.4倍 C.倍 D.倍 解析:電子在兩極板間做類平拋運(yùn)動(dòng): 水平方向:l=v0t,t=. 豎直方向: d=at2=t2=, 故d2=,

7、即d∝ ,故選項(xiàng)C正確. 8.如圖所示,從燈絲發(fā)出的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后,進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),若加速電壓為U1,偏轉(zhuǎn)電壓為U2,要使電子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量y增大為原來的2倍,下列方法中不可行的是(C) A.使U1減小為原來的 B.使U2增大為原來的2倍 C.使偏轉(zhuǎn)板的長度增大為原來2倍 D.使偏轉(zhuǎn)板的距離減小為原來的 分析:電子先經(jīng)加速電場(chǎng)加速后,進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),根據(jù)動(dòng)能定理求出加速獲得的速度與加速電壓的關(guān)系.由牛頓第二定律求出電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的加速度,根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解,推導(dǎo)出電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)量與偏轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系,再綜合得到偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)量與加速電壓、偏轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系,再進(jìn)行選擇

8、. 解析:設(shè)電子的質(zhì)量和電量分別為m和e.電子在加速電場(chǎng)中加速過程,根據(jù)動(dòng)能定理得 eU1=mv① 電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng),加速度大小為 a==② 電子在水平方向做勻直線運(yùn)動(dòng),則有t=③ 在豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng),則有偏轉(zhuǎn)量y=at2④ 聯(lián)立上述四式得,y= 根據(jù)上式可知,要使電子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量y增大為原來的2倍,使U1減小為原來的;使U2增大為原來的2倍;使偏轉(zhuǎn)板的長度L增大為原來2倍.故C錯(cuò)誤;使偏轉(zhuǎn)板的距離減小為原來的.故D正確.故選C. 點(diǎn)評(píng):本題粒子從靜止開始先進(jìn)入加速電場(chǎng)后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),得到的結(jié)論與粒子的質(zhì)量和電量無關(guān). 9.電子電量為e,質(zhì)量為m,以速度v0沿著電場(chǎng)線射入場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,如圖所示,電子從A點(diǎn)入射到達(dá)B點(diǎn)速度為零,則AB兩點(diǎn)的電勢(shì)差為多少?AB間的距離為多少? 解析:由分析知,電子進(jìn)入電場(chǎng),只在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng),所以電場(chǎng)力對(duì)電子做負(fù)功.由動(dòng)能定理得: -eU=0-mv ∴U= 又U=Ed, ∴d==. 答案: 

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