10.5带电粒子在电场中的运动课时作业--高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.docx

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1、带电粒子在电场中的运动课时作业一、单选题1在1687年出版的自然哲学的数学原理中，牛顿曾设想只要抛出物体的速度足够大，物体就不会落回地面，而会成为人造地球卫星。虽然设想已成为现实，但如何获得足够大的发射速度依然是困扰航天发展的一大难题。现在卫星发射一般采用多级助推的方式，有人设想在第一级助推的时候可以用电场作为能源，假设火箭及卫星整个装置质量为m，表面带有+q的大量电荷，放在电场强度大小为E、方向竖直向上、范围足够大的匀强电场中，电场对整个装置的助推距离为s，重力加速度大小为g，整个装置离开电场所能获得的速度为（）ABCD2在如图所示的匀强电场中，若一个点电荷从P点由静止释放，只受到电场力的作

2、用。则以下说法中正确的是（）A该点电荷受到的电场力逐渐增大B该点电荷一定向右做匀速运动C该点电荷一定做匀加速直线运动D该点电荷一定做匀减速直线运动3如图所示，相距较近的一对带等量异种电荷的平行金属板水平放置，两板间的电场可看作匀强电场。一电子以初速度v0沿平行于板面的方向射入匀强电场，运动轨迹如图中实线所示。则电子在两板间运动过程中（）A速度逐渐增大B加速度逐渐增大C电子的电势能逐渐增大D静电力对电子做负功4美国物理学家密立根（R.AMillikan）于20世纪初进行了多次实验，比较准确的测定了电子的电荷量，其实验原理可以简化为如下模型：两个相距为d的平行金属板A、B水平放置，两板接有可调电源

3、从A板上的小孔进入两板间的油滴因摩擦而带有一定的电荷量，将两板间的电势差调节到U时，带电油滴恰好悬浮在两板间；然后撤去电场，油滴开始下落，由于空气阻力，下落的油滴很快达到匀速下落状态，通过显微镜观测这个速度的大小为v，已知这个速度与油滴的质量成正比，比例系数为k，重力加速度为g则计算油滴带电荷量的表达式为()ABCD5如图所示，带等量异种电荷的两正对平行金属板M、N间存在匀强电场，板长为L（不考虑边界效应）。t=0时刻，M板中点处的粒子源发射两个速度大小为v0的相同粒子，垂直M板向右的粒子，到达N板时速度大小为；平行M板向下的粒子，刚好从N板下端射出。不计重力和粒子间的相互作用，则（）AM板电

4、势高于N板电势B两个粒子的电势能都增加C粒子在两板间的加速度D粒子从N板下端射出的时间6如图所示，匀强电场的方向与水平方向的夹角为。一质量为m、电荷量为q的带正电小球由静止开始沿与水平方向夹角为的直线斜向右上方做匀加速直线运动。经过时间t后，立即将电场方向沿逆时针方向旋转60，同时调节电场强度的大小，使带电小球沿该直线做匀减速运动。不计空气阻力，重力加速度为g。则（）A小球加速运动过程中，匀强电场的电场强度大小为B小球加速运动过程中的加速度大小为C小球减速运动过程中，匀强电场的电场强度大小为D改变电场后经小球回到出发点7如图，是竖直平面内的光滑固定轨道，水平，长度为；是半径为的四分之一圆弧，与

5、切于点。一质量为，带电量为的小球在空间中水平向右大小为的匀强电场中，从点静止开始向右运动。重力加速度为。小球从点运动到其轨迹的最高点，机械能增量为（）ABCD8如图所示，电子在电势差为的电场加速后，垂直进入电势差为的偏转电场，在满足电子不计重力能射出偏转电场的条件下，下列四种情况中，一定能使电子偏转角变大的是（）A变大，变大 B变小，变大C变大，变小 D变小，变小二、多选题9如图，在水平向右的匀强电场中，质量为m的带电小球，以初速度从M点竖直向上运动，通过N点时，速度大小为2v，方向斜向下，且与电场方向的夹角为45（图中未画出），则小球从M运动到N的过程（）A重力势能减少B重力势能减少C电势能

6、减少D电势能减少10如图所示，一质量为m的带电粒子，以初速度从a点竖直向上射入匀强电场中，场强方向水平向右。粒子通过电场中的b点时，速率为，方向与电场方向一致，重力加速度为g，则（）A粒子从a到b的过程速度一直变大B粒子从a到b的过程速度先变小后变大C粒子受电场力大小为2mgD粒子从a到b机械能增加了11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。已知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

7、两极板上B所有粒子最终都垂直电场方向射出电场C只有1，2，时刻射入电场的粒子才能垂直电场方向射出电场D运动过程中所有粒子的最大动能不可能超过12如图所示，A、B、C、D为匀强电场中相邻的四个等势面，等势面与水平方向夹角为，一电子从等势面D的O 点以的动能进入匀强电场，速度方向竖直向上，电子恰好不穿过B等势面。已知相邻等势面间的距离均为，电子重力不计。则下列说法正确的是（）A 电子做匀变速直线运动B电子再次经过等势面D时的位置与O点相距C电子飞经等势面C时的动能为D匀强电场的电场强度大小为三、实验题13如图所示为一个密立根油滴实验的示意图。用喷雾器向一个透明的小盒子里喷入带电油滴。小盒子中的上下

8、板分别连接电池的两极，让上板带正电、下板带负电。带电油滴在重力作用下坠落，落入下方小孔后，受到电场力作用。通过改变两极板之间的电压，可以调节电场强度。(1)实验过程中，观察到一个油滴悬浮在极板之间，此时上下两板间匀强电场的强度为E，显微镜观察、测得油滴的体积为V，已知油滴密度为，当地重力加速度为g：首先可以判断这个油滴带_电，考虑到油滴受的电场力与重力为平衡关系，结合电场强度的定义式，可以算出油滴所带电荷量为_；（用E、V、g表示）(2)在实验过程中，还会观察到许多做匀速直线运动的油滴，这些油滴的受力情况是：电场力与重力的方向_，并且电场力大小_重力大小；（“相同”或“相反”；“大于”、“小于

9、”或“等于”）(3)密立根不断改变电压，仔细观察油滴的运动，经过反复试验得出大量数据，得到如下表所示数据：油滴带电量（）q1q2q3q4q5q6q6qn3.24.86.48.011.29.617.612.8密立根得出的结论是：油滴的电荷量不是连续变化的，而是一份一份增加的，油滴的电荷量有一个共同的最大公约数，所有电荷量都是这个最大公约数的整数倍。如今我们知道，这个最大公约数等于单个电子或质子所带的电荷量，被称为_。14电流传感器可以测量电流，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化；将它与计算机相连还能用计算机显示出电流随时间变化的图象，图甲所示的电路中；直流电源电动势为，内阻可忽略；为电解电

10、容器的电容，先将单刀双掷开关与相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成；然后把开关与相连，电容器通过电阻放电，传感器将电流信息传人计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的图像如图乙所示，（下列结果均保留两位有效数字）（1）根据图象可估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量为_C；（2）通过实验数据，计算电容器的电容多少_；（3）如果不改变电路其它参数，只减小电阻，充电时曲线与横轴所围成的面积将_（填“增大”、“不变”或“变小”）；充电时间将_（填“变长”、“不变”或“变短”）。四、解答题15一个带正电的微粒，从A点射入水平方向的匀强电场中，微粒沿直线运动，如图所示，与电场线夹角，已知带电微粒

11、的质量，电荷量，A、B相距。（）求：（1）电场强度的大小和方向；（2）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？16一个质量为m，带电量为q的带电粒子（粒子的重力不计）以垂直于电场的初速度射入竖直方向的匀强电场中。匀强电场的宽度为d，粒子从电场中射出的速度为v，与竖直方向的夹角为。根据以上条件，试求：（1）判断粒子的电性（2）电场强度E的大小（3）沿电场线的偏转位移y 5 学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司参考答案：1C【解析】【详解】从该装置开始加速到离开电场，整个过程由动能定理解得故选C。2C【解析】【详解】A电荷在匀强电场中受力不变，故A错误；B因电性未

12、知，所以无法判断运动方向，且点电荷合外力不为零，其一定不会做匀速运动，故B错误；CD由静止释放，在恒定电场力作用下一定做匀加速直线运动，故C正确，D错误。故选C。3A【解析】【详解】电子在两板间运动过程中，静电力对电子做正功，电子速度逐渐增大，电势能逐渐减小，由于电子所受电场力不变，所以加速度不变，故A正确，BCD错误。故选A。4B【解析】【详解】油滴在电场中平衡时，由平衡得：，由题给已知信息油滴匀速下落的过程中：，联立得：，故B正确【点睛】根据两板间的电势差调节到U时，带电油滴恰好悬浮在两板间，写出受力平衡的方程，根据速度与油滴的质量成正比，比例系数为k写出相应的平衡方程，然后联立即可5C【

13、解析】【详解】A由于不知道两粒子的电性，故不能确定M板和N板的电势高低，故A错误；B根据题意垂直M板向右的粒子，到达N板时速度增加，动能增加，则电场力做正功，电势能减小；则平行M板向下的粒子到达N板时电场力也做正功，电势能同样减小，故B错误；CD设两板间距离为d，对于平行M板向下的粒子刚好从N板下端射出，在两板间做类平抛运动，有对于垂直M板向右的粒子，在板间做匀加速直线运动，因两粒子相同，在电场中加速度相同，有联立解得，故C正确，D错误；故选C。6D【解析】【详解】AB将重力和电场力沿着小球运动的方向分解，如图所示根据几何关系可得联立解得故AB错误；CD减速阶段，受力分析如图所示根据几何关系可

14、得解得加速阶段减速阶段解得故D正确，C错误。故选D。7C【解析】【详解】小球从a点运动到c点，有设小球从c点运动到其轨迹最高点经过的时间为t，这段时间t内，小球在竖直方向上作竖直上抛运动到最高点，在水平方向上则作匀加速运动，有在水平方向上则作匀加速运动，有小球机械能的增量联立解得故选C。8B【解析】【详解】设偏转电场极板的长度为，两板间距离为，电子在加速电场中，由动能定理得电子在偏转电场中由牛顿第二定律和电场强度与电势差的关系得由类平抛运动规律得则电子的偏转角即变小，变大，一定能使电子的偏转角变大，B正确，ACD错误。故选B。9BC【解析】【详解】AB将N点的速度进行分解，则在水平方向有竖直方

15、向有在竖直方向根据速度位移公式有重力做功WG=mgh联立解得则重力势能减少，故A错误，B正确；CD根据动能定理有联立解得W电=mv2则电势能减少mv2，故C正确，D错误。故选BC。10BD【解析】【详解】AB粒子水平方向受向右的电场力F作用，竖直方向受向下的重力mg，则合力方向偏向右下方向，如图，合力反向延长线与轨迹的“最高点”交点为c，则当粒子运动到c点时，合外力做的负功最多，此时速度最小，即粒子从a到b的过程速度先变小后变大，选项A错误，B正确；C从a到b的时间水平加速度则电场力F=ma=3mg选项C错误； D从a到b的水平距离为则电场力做功即粒子的机械能增量为选项D正确。故选BD。11A

16、BD【解析】【分析】【详解】BD带电粒子在垂直于电场方向上做匀速直线运动，在沿电场方向上，做加速度大小不变、方向周期性变化的变速直线运动，由时刻进入电场的粒子运动情况可知，粒子在平行板间运动时间为交变电流周期的整数倍，在时间内带电粒子运动的加速度由匀变速直线运动规律得同理可分析时间内的运动情况，所以带电粒子在沿电场方向的速度v与图线所围面积成正比时间轴下方的面积取负值，而经过整数个周期，图象与坐标轴所围面积始终为零，故带电粒子离开电场时沿电场方向的速度总为零，故B正确，C错误；A带电粒子在时刻射入时，侧向位移最大，故其他粒子均不可能打到极板上，故A正确；C当粒子在时刻射入且经过T离开电场时，粒

17、子在时达到最大速度，此时两分位移之比为，即可得故粒子的最大速度为因此最大动能为初动能的2倍，故D正确。故选ABD。12BC【解析】【详解】A电子速度方向竖直向上，恰好不穿过B等势面，则电场力方向垂直于等势面斜向右下，加速度方向与电子速度方向不同线，所以电子做匀变速曲线运动，A错误；CD将电子的初速度分解到平行于等势线方向（x方向）和垂直等势线斜向左上方向（y方向），初速度为v，则电子经过B等势面时，只有沿x方向的分速度，即由动能公式知电子经过B等势面时动能是经过等势面D的一半，即由电场力做功决定式和动能定理知解得又解得C正确，D错误；B电子在y方向上做类竖直上抛运动，从等势面D到B到返回D的时

18、间为在x方向做匀速直线运动B正确。故选BC。13 负电荷 相反 等于 元电荷【解析】【分析】【详解】(1)1该油滴竖直向下做匀速直线运动，受重力和电场力，二力平衡;故电场力向上，而场强向下，故油滴带负电荷；2 匀速运动是平衡状态，重力和电场力平衡得(2)34油滴做匀速直线运动受力平衡，所以电场力与重力的方向相反,大小相等。(3)5 这个最大公约数等于单个电子或质子所带的电荷量，被称为元电荷。14 不变 变短【解析】【分析】【详解】（1）1根据图象围成的面积可估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量，根据图乙知纵坐标每个小格为0.2mA，横坐标每小格为0.2s，则每小格所代表的电荷量为曲线下包含的

19、小格数的个数大约为40个，所以电容器全部释放的电荷量为（2）2该电容器的电容为（3）34根据电容器计算公式可得电荷量电容器储存的电荷量与电阻无关，如果不改变电路其它参数，只减小电阻，充电时曲线与横轴所围成的面积将不变；由于电阻对电流有阻碍作用，所以减小电阻，充电时间将变短。15（1），水平向左；（2）【解析】【详解】（1）由于微粒沿AB做直线运动，所以电场力与重力的合力方向一定与AB在同一直线上，由此可推知电场力方向为水平向左，又因为微粒带正电，所以电场强度的方向为水平向左。设电场强度的大小为E，根据力的合成与分解可得代入数据解得（2）设微粒射入电场时的最小速度为v0，则此时微粒运动到B点时速度为零。根据加速度的合成与分解可得微粒做匀减速运动的加速度大小为根据运动学公式有代入数据解得16（1）负电；（2）；（3）【解析】【详解】（1）带电粒子向下偏转，可知电场力方向向下，与电场强度方向相反，则粒子带负电。（2）粒子射出电场时，有，水平方向由牛顿第二定律解得（3）偏转位移为又，解得 15