专题训练3 带电粒子在周期变化电场中的运动-2022-2023学年新教材高中物理必修第三册【新课程同步训练】练习手册（人教版）

第十章 静电场中的能量 练 1. 如图甲为示波管的原理图。 如果在电极 YY′ 之间所加的电压图按图乙所示的规律 变化， 在电极 XX′ 之间所加的电压按图丙 所示的规律变化， 则在荧光屏上会看到的 图形是 （ ） 2. 平行板间有如图所 示 周 期 变 化 的 电 压。 不计重力的带 电粒子静止在平行 板中央， 从 t＝0 时 刻开始将其释放， 运动过程无碰板情况。 下图中， 能定性描述粒子运动的速度图像 正确的是 （ ） 3. 如图甲所示， 两个平行金属板 P 、 Q 竖直 放置， 两板间加上如图乙所示的电压。 t＝ 0 时， Q 板比 P 板电势高 5 V ， 此时在两 板的正中央 M 点放一个电子， 速度为 0 ， 电子在静电力作用下运动， 使得电子的位 置和速度随时间变化。 假设电子始终未与 两板相碰。 在 0<t<8×10 －10 s 的时间内， 这 个电子处于 M 点的右侧， 速度方向向左 且大小逐渐减小的时间是 （ ） A. 0<t<2×10 －10 s B. 2×10 －10 s<t<4×10 －10 s C. 4×10 －10 s<t<6×10 －10 s D. 6×10 －10 s<t<8×10 －10 s 4. 中国科学院于 2015 年 10 月宣布中国将在 2020 年开始建造世界上最大的粒子加速 器。 加速器是人类揭示物质本源的关键设 备， 在放射治疗、 食品安全、 材料科学等 方面有广泛应用。 如图所示， 某直线加速 器由沿轴线分布的一系列金属圆管 （漂移 专题训练三 带电粒子在周期变化电场中的运动 亮斑 X′ Y′ X +- Y′ X′ X Y Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 O U y t t 2t O U x t t 2t 3t 甲 乙 丙 第 1 题图 A B C D t2T3T 2 TT 2 U U 0 O -U 0 第 2 题图 O v t O v t A B O v t O v t C D M P Q 2 4 6 8 t/×10 -10 s U/V 5 O -5 甲 乙 第 3 题图 43 练 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） 管） 组成， 相邻漂移管分别接在高频脉冲 电源的两极。 质子从 K 点沿轴线进入加 速器并依次向右穿过各漂移管， 在漂移管 内做匀速直线运动， 在漂移管间被电场加 速， 加速电压视为不变。 设质子进入漂移 管 B 时速度为 8×10 6 m/s ， 进入漂移管 E 时速度为 1 ×10 7 m/s ， 电 源 频 率 为 1 × 10 7 Hz ， 漂移管间缝隙很小， 质子在每个 管内运动时间视为电源周期的 1 2 。 质子 的荷质比取 1×10 8 C/kg 。 求： （ 1 ） 漂移管 B 的长度。 （ 2 ） 相邻漂移管间的加速电压。 5. 如图甲， 平行金属板 A 和 B 间的距离为 d ， 现在 A 、 B 板上加上如图乙所示的方 波形电压， t=0 时 A 板比 B 板的电势高， 电压的正向值为 U 0 ， 反向值也为 U 0 。 现 有由质量为 m 的带正电且电荷量为 q 的 粒子组成的粒子束， 从 A 、 B 板的中点 O 以 平 行 于 金 属 板 方 向 OO′ 的 速 度 v 0 = 3 姨 qU 0 T 3dm 射入， 所有粒子在 A 、 B 板间 的飞行时间均为 T ， 不计重力影响。 求： （ 1 ） 粒子飞出电场时的速度。 （ 2 ） 粒子飞出电场时位置离 O′ 点的距离 范围。 漂移管 A B C D E ~ K 加速缝隙 脉冲电源 第 4 题图 O′O A B U t U 0 O -U 0 T 3 2T 3 T 4T 3 5T 3 2T 甲 乙 第 5 题图 44 第十章 静电场中的能量 练 * 6. 如图所示， 两平行金属板 A 、 B 中间各有 小孔， 高速运动电子流从 A 板小孔 O 垂 直射入 A 、 B 两板之间， 入射电子初动能 均为 120 eV 。 在 B 板右侧有长 L=2×10 -2 m 的平行金属板 M 、 N ， 板间距离 d=4× 10 -3 m ， 加上 U=20 V 的恒定偏转电压， 而在 A 、 B 板间加如图所示的变化电压 U 。 求： （ 1 ） 在 U 随时间变化的第一个周期内， 电子在哪段时间内不能从 B 板孔 O 1 中射出。 （ 2 ） 在哪些时间内， 电子能从偏转电场 右侧飞出？ （电子穿过 A 、 B 板所 用的时间极短， 可不计） 第 6 题图 + - A B O O 1 M N 1 3 5 t/s U/V 200 -200 0 45 第三册 （人教版）高 中 物 理 必 修 轴方向做匀速运动， A 正确。 * 9. AB 【解析】 根据题述， 匀强电场中等势面间距