10.5 带电粒子在电场中的运动（Word）-【全效作业本】2022-2023学年高中必修第三册物理（人教版2019）

10.5　带电粒子在电场中的运动 [见学生用书P30] 示波管是电子示波器的心脏，示波管的主要部件有电子枪，偏转极板，荧光屏。示波管屏面内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜，在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜，高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点(如图所示)。 你能根据自己所掌握的知识解释从电子枪发射出的粒子是怎样达到屏幕上的每个地方的吗？ 【答案】 带电粒子在两副静电偏转板间通过。偏转板上的电压使电子束偏转，一副偏转板的电压使电子束上下运动；另一副偏转板的电压使电子左右运动。因此，在水平输入端和垂直输入端加上适当的电压，就可以把电子束定位到荧光屏的任何地方。 1．阴极射线管中加高电压的作用是(　D　) A．使管内气体电离 B．使管内产生阴极射线 C．使管内障碍物的电势升高 D．使电子加速 【解析】 阴极射线管射的是高速电子流，运动的电荷在电场中被加速，因电子带负电，则静电力与电场强度方向相反，因此阴极射线管中加高电压的作用是使管内产生前电场，静电力做功使电子加速，D正确。 2．如图所示，在匀强电场E中，一带负电粒子q(只受静电力作用)的初速度v0恰与电场线方向相同，则带电粒子q在开始运动后，将(　C　) 第2题图 A．沿电场线方向做匀加速直线运动 B．沿电场线方向做变加速直线运动 C．沿电场线方向做匀减速直线运动 D．偏离电场线方向做曲线运动 【解析】 在匀强电场E中，带电粒子所受静电力为恒力。带电粒子受到与运动方向相反的恒定的静电力作用，产生与运动方向相反的恒定的加速度，因此，带电粒子－q在开始运动后，将沿电场线做匀减速直线运动，C正确。 3．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，保持两极板间电压不变，则(　C　) 第3题图 A．当减小两极板间的距离时，速度v增大 B．当减小两极板间的距离时，速度v减小 C．当减小两极板间的距离时，速度v不变 D．当减小两极板间的距离时，电子在两极间运动的时间变长 【解析】 由动能定理得eU＝mv2。当改变两极板间的距离时，U不变，v就不变，A、B错误，C正确；粒子做初速度为零的匀加速直线运动，＝，＝，即t＝，当d减小时，电子在两极板间运动的时间变小，D错误。 4．带电粒子以初速度v0垂直电场方向进入平行金属板形成的匀强电场中，它离开时偏转距离为y，位移偏转角为φ，下列说法错误的是(　B　) A．粒子在电场中做类平抛运动 B．偏转角φ与粒子的电荷量和质量无关 C．粒子通过电场的时间，取决于极板长和粒子进入电场时的初速度 D．粒子的偏转距离y可用加在两极板上的电压控制 【解析】 带电粒子以初速度v0垂直电场方向进入平行金属板形成的匀强电场中，仅受静电力，做类平抛运动，A正确；粒子的位移偏转角φ满足tan φ＝＝，B错误；粒子平行于极板方向做匀速直线运动，时间t＝，C正确；在初速度和极板长度一定的情况下，y＝，D正确。 5．原来都是静止的质子(氢原子核)和α粒子(氦原子核)，经过同一电压的加速电场(电场内重力可忽略不计)后，它们的速度大小之比为(　C　) A.∶2 B．1∶2 C.∶1 D．1∶1 【解析】 设一个带电粒子的质量为m，电荷量为q，加速电场的电压为U，根据动能定理得qU＝mv2，得速度大小v＝，即得速度大小与比荷的平方根成正比，质子和α粒子比荷之比为∶＝∶＝2∶1，所以解得速度之比vH∶vα＝∶1，C正确。 6．如图所示，在xOy平面的第一象限内有平行于y轴的有界匀强电场。y轴上有一点P，其坐标为(0，y0)。现有一个电子以垂直于y轴的初速度v0从P点射入匀强电场中，从A点射出，A点的坐标为(xA，0)。电子在A点的速度vA的反向延长线与初速度v0的延长线的交点坐标为(　C　) 第6题图 A．(0，y0) B. C. D．(xA，y0) 【解析】 电子在匀强电场中做类平抛运动，设通过A点时速度的偏向角为θ，则tan θ＝，设A点速度vA的反向延长线与速度v0的延长线交点坐标为(x，y0)，则xA－x＝＝＝＝v0t＝xA，则x＝xA，则交点坐标为，C正确。 7．长为L的平行金属板水平放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场，一个带电荷量为＋q、质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从下极板边缘射出，射出时速度恰与下极板成30°角，如图所示，不计粒子重力。求： 第7题图 (1)粒子离开电场时速度的大小； (2)匀强电场的电场强度大小； (3)两极板间的距离。 【答案】 (1)；(2)；(3)L。 【解析】 (1)粒子离开电场时，合速度与水平夹角为30°，由速度关系得合速度v＝＝。 (2)vy＝v0tan 30°＝，粒子在匀强电场中做类平抛运动，在水平方向上有L＝v0t，在竖直方向上有vy＝at，由牛顿第二定