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2019年高考物理双基突破:专题04-带电粒子在电场中的运动(精练)含答案解析

1、1如图所示,电子由静止开始从 A板向 B 板运动,到达 B 板的速度为 v,保持两极间电压不变,则A当减小两板间的距离时,速度 v 增大 B当减小两极间的距离时,速度 v 减小C当减小两极间的距离时,速度 v 不变 D当减小两极间的距离时,电子在两极间运动的时间变长【答案】C2 (多选)如图所示,在真空中 A、B 两块平行金属板竖直放置并接入电路。调节滑动变阻器,使A、B 两板间的电压为 U 时,一质量为 m、电荷量为q 的带电粒子,以初速度 v0 从 A 板上的中心小孔沿垂直两板的方向射入电场中,恰从 A、B 两板的中点处沿原路返回,不计重力,则下列说法正确的是A使初速度变为 2v0 时,带

2、电粒子恰能到达 B 板B使初速度变为 2v0 时,带电粒子将从 B 板中心小孔射出 C使初速度 v0 和电压 U 都增加为原来的 2 倍时,带电粒子恰能到达 B 板D使初速度 v0 和电压 U 都增加为原来的 2 倍时,带电粒子将从 B 板中心小孔射出【答案】BC速度变为 v0;或使 A、B 两板间的电压变为 U;或使初速度 v0 和电压 U 都增加到原来的 2 倍,故212B、C 正确,A 、D 错误。 6 (多选)如图甲,两水平金属板间距为 d,板间电场强度的变化规律如图乙所示。t0 时刻,质量为 m 的带电微粒以初速度 v0 沿中线射入两板间,0 时间内微粒匀速运动,T 时刻微粒恰好经金

3、属板边缘T3飞出。微粒运动过程中未与金属板接触。重力加速度的大小为 g。关于微粒在 0T 时间内运动的描述,正确的是A末速度大小为 v0 2B末速度沿水平方向C重力势能减少了 mgd 12D克服电场力做功为 mgd【答案】BC7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度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 不一定相同C三个液滴落到底板时的速率相同 D液滴 C

4、 所带电荷量最多【答案】D8 (多选)如图的阴极射线管,无偏转电场时,电子束加速后打到荧屏中央形成亮斑。如果只逐渐增大 M1M2 之间的电势差,则A在荧屏上的亮斑向上移动B在荧屏上的亮斑向下移动C偏转电场对电子做的功增大D偏转电场的电场强度减小【答案】C【解析】电子束在偏转电场中做类平抛运动,沿垂直电场方向做匀速运动,故在电场中运动时间不变。电子在偏转电场中受向上的电场力,故向上偏转,A 项正确,B 项错误;沿电场方向上,电子束做匀变速直线运动,两板间电压增大,偏转电场的场强增大,D 项错误;电子所受电场力增大,因此加速度增大,由位移规律可知,电子在电场中侧移量增大,由功的定义式可知,电场力做

5、功增大,C 项正确。 9 (多选)如图所示,在正方形 ABCD 区域内有平行于 A B 边的匀强电场,E、F、G、H 是各边中点,其连线构成正方形,其中 P 点是 EH 的中点。一个带正电的粒子(不计重力)从 F 点沿 FH 方向射入电场后恰好从 D 点射出。下列说法正确的是A粒子的运动轨迹一定经过 P 点B粒子的运动轨迹一定经过 PE 之间某点C若将粒子的初速度变为原来的一半,粒子会由 E、D 之间某点(不含 E、D)射出正方形 ABCD 区域D若将粒子的初速度变为原来的一半,粒子恰好由 E 点射出正方形 ABCD 区域【答案】BD10 (多选)如图所示,水平放置的平行板电容器,上板带负电,

6、下板带正电,断开电源,带电小球以速度 v0 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v0 从原处飞入,则带电小球A将打在下板中央 B仍沿原轨迹运动由下板边缘飞出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】由题意可知电容器所带电荷量不变,因 E ,所以上板上移一小段距离,电容Ud QCd 4kQrS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由下板边缘飞出,选项 B 正确,A、C 错误;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,选项 D 正确。11如图所示,在竖直向上的

7、匀强电场中,一根不可伸长的绝缘细绳的一端系着一个带电小球,另一端固定于 O 点,小球在竖直平面内做匀速圆周运动,最高点为 a,最低点为 b。不计空气阻力,则下列说法正确的是A小球带负电 B电场力跟重力平衡C小球在从 a 点运动到 b 点的过程中,电势能减少 D小球在运动过程中机械能守恒【答案】B12 (多选)美国物理学家密立根通过研究平行板间悬浮不动的带电油滴,比较准确地测定了电子的电荷量。如图,平行板电容器两极板 M、N 相距 d,两极板分别与电压为 U 的恒定电源两极连接,极板 M带正电。现有一质量为 m 的带电油滴在极板中央处于静止状态,且此时极板带电荷量与油滴带电荷量的比值为 k,则A

8、油滴带电荷量为 mgdUB电容器的电容为kmgdU2C将极板 M 向下缓慢移动一小段距离,油滴将向上运动D将极板 N 向下缓慢移动一小段距离,油滴将向上运动【答案】ABC【解析】由题意知油滴受到的电场力方向竖直向上,又因上极板带正电,故油滴带负电荷,设油滴带电荷量为 q,则极板带电荷量为 Qkq,由 qEmg 、UEd、QCU,联立解得 q ,C ,选mgdU kmgdU2项 A、B 正确;当两极板间距离 d 减小时,板间场强 E 增大,电场力大于重力,油滴将向上运动 ,选Ud项 C 正确;当两极板间距离 d 增大时,板间场强 E 减小,重力大于电场力,油滴将向下运动 ,选项UdD 错误。13

9、 (多选)有三个质量相等,分别带正电、负电和不带电的小球,从左上同一点以相同的水平速度先后射入匀强电场中,A、B、C 三个小球的运动轨迹如图所示,A、B 小球运动轨迹的末端处于同一竖直线上,则如图运动轨迹对应的过程A小球 A 带负电,B 不带电, C 带正电 B三小球运动的时间 tAt Bt CC小球 B 和小球 C 的末动能可能相等D小球 A 和小球 C 的电势能变化绝对值可能相等【答案】AD14 (多选)如图所示,一个电荷量为Q (Q 0)的点电荷甲,固定在粗糙绝缘水平面上的 O 点,另一个电荷量为q(q0) 、质量为 m 的点电荷乙,从 A 点以初速度 v0 沿它们的连线向甲运动,到 B

10、 点时速度减小到最小值 v。已知点电荷乙与水平面间的动摩擦因数为 ,A、B 间距离为 L0,静电力常量为k,则下列说法中正确的是AO、B 间的距离为 kQqmgB在点电荷甲产生的电场中,B 点的场强大小为mgqC点 电荷乙在 A 点的电势能小于在 B 点的电势能D在点电荷甲产生的电场中, A、B 间的电势差 UABmv2 mv202q【答案】AB【解析】因点电荷乙到 B 点时速度减小到最小值 v,说明加速度为零,有 k mg ,解得Qqr2r ,A 对;联立点电荷场强公式得 Ek , B 对;点电荷乙由 A 点向 B 点运动过程中,电场kQqmg Qr2 mgq力对点电荷乙做正功,点电荷乙的电

11、势能必减少,C 错;点电荷乙从 A 点到 B 点过程中,由动能定理可知WmgL 0 mv2 mv ,此过程中电场力对点电荷乙做功为 WqU AB,联立可得 UAB12 12 20,D 错。2mgL0 mv2 mv202q15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 v0 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夹角的正切值 tan ;(3)

12、粒子打在屏上的点 P 到 O 点的距离 x。【答案】 (1) (2) (3)2Lv0 qELmv20 3qEL22mv20(2)设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为 vy,根据牛顿第二定律,粒子在电场中的加速度为:aEqm所以 vya Lv0 qELmv0所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向夹角的正切值为 tan 。vyv0 qELmv20(3)解法一 设粒子在电场中的偏转距离为 y,则 y a( ) 2 又 xy L tan ,12 Lv0 12qEL2mv20解得:x3qEL22mv20解法二 xyv y Lv0 3qEL22mv20解法三 由 y a( ) 2 , 12 Lv0

13、 12qEL2mv20 xyL L2L2得:x3y 。3qEL22mv2015如图,竖直放置的半圆形绝缘轨道半径为 R,下端与光滑绝缘水平面平滑连接,整个装置处于方向竖直向上的匀强电场 E 中。一质量为 m、带电荷量为 q 的物块(可视为质点) ,从水平面上的 A 点以初速度 v0 水平向左运动,沿半圆形轨道恰好通过最高点 C,场强大小 E ,g 为重力加速度。mgq(1)试分析说明物块在 AB 段做什么性质的运动;(2)试计算物块在 AC 段运动过程中克服摩擦力做的功;(3)证明物块从离开轨道到落回水平面的水平距离与场强 E 大小无关,且为一常量。【答案】 (1)匀速直线运动(2) mv02

14、 (Eqmg )R(3)见解析12 52(3)物块离开半圆形轨道后做类平抛运动,水平方向有 xv Ct 竖直方向有 2R (g )t 212 qEm由式联立解得 x2R因此,物块离开轨道落回水平面的水平距离与场强大小 E 无关,大小为 2R。16质谱仪可对离子进行分析。如图,在真空状态下,脉冲阀 P 喷出微量气体,经激光照射产生电荷量为 q、质量为 m 的正离子,自 a 板小孔进入 a、b 间的加速电场,从 b 板小孔射出,沿中线方向进入M、N 板间的偏转控制区,到达探测器。已知 a、b 板间距为 d,极板 M、N 的长度和间距均为 L,a、b 间的电压为 U1,M、N 间的电压为 U2。不计离子重力及进入 a 板时的初速度。求:(1)离子从 b 板小孔射出时的速度大小;(2)离子自 a 板小孔进入加速电场至离子到达探测器的全部飞行时间;(3)为保证离子不打在极板上,U 2 与 U1 应满足的关系。【答案】 (1) (2) (2dL) (3)U 22U 12qU1m m2qU1