课时梯级训练(14) 带电粒子在电场中运动的综合问题（Word练习）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

课时梯级训练(14)　带电粒子在电场中运动的综合问题 1．如图所示，一个带电液滴在重力和匀强电场对它的作用力作用下，从静止开始由b沿直线运动到d，且bd与竖直方向所夹的锐角为45°，则下列结论正确的是(　 　) A．此液滴带正电 B．液滴的加速度为g C．合外力对液滴做的总功为零 D．液滴的电势能增加 B　解析：如图所示，带电液滴做直线运动，合力沿bd方向，故电场力方向水平向右，与电场方向相反，液滴带负电，A错误；液滴的加速度为a＝＝＝g，B正确；电场力对液滴做正功，液滴的电势能减少，合外力对液滴做正功，C、D错误。 2．如图甲所示，在平行板电容器的A板附近，有一个带正电的粒子(不计重力)处于静止状态，在A、B两板间加如图乙所示的交变电压，带电粒子在电场力作用下由静止开始运动，经过3t0时间刚好到达B板，设此时粒子的动能大小为Ek3，若用改变A、B两板间距的方法，使粒子在5t0时刻刚好到达B板，此时粒子的动能大小为Ek5，则等于(　 　) A． B． C．1 D． B　解析：设两板间的距离为d，经3t0时间刚好到达B板时，粒子运动过程中先加速后减速再加速，根据运动的对称性和动能定理，可得Ek3＝q，若改变A、B两板间的距离使粒子在5t0时刻刚好到达B板，根据运动的对称性和动能定理，可得Ek5＝q·，故＝，B正确。 3．(多选)两个共轴的半圆柱形电极间存在一沿半径方向的电场，如图所示。带正电的粒子流由电场区域的一端M射入电场，沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N射出，由此可知(　 　) A．若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的质量一定相等 B．若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的动能一定相等 C．若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的速率一定相等 D．若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的动能一定相等 BC　解析：由题图知，该粒子在电场中做匀速圆周运动，电场力提供向心力，qE＝m，r一定，E一定，若q相等，则mv2相等；若相等，则速率v一定相等，质量不确定，mv2不一定相等，B、C正确。 4．如图所示，两平行金属板分别加上如下列选项中的电压，能使原来静止在金属板中央的电子(不计重力)有可能做往返运动的U-t图像应是(设两板距离足够大)(　 　) B　解析：由A图像可知，电子先做匀加速直线运动，T时速度最大，从T到T内沿原运动方向做匀减速直线运动，T时速度减为零，然后重复这种运动，一直向一个方向运动，A错误；由B图像可知，电子先做匀加速直线运动，T时速度最大，从T到T内沿原运动方向做匀减速直线运动，T时速度减为零；从T到T反向做匀加速直线运动，T时速度最大，从T到T内沿反向做匀减速直线运动，T时速度减为零，回到出发点，然后重复往返运动，B正确；由C图像可知，电子0到做加速度增大的加速直线运动，从到做加速度减小的加速直线运动，时速度最大，从到T做加速度增大的减速直线运动，从T到T做加速度减小的减速直线运动，T时速度减为零，然后重复加速直线运动和减速直线运动，一直向一个方向运动，C错误；由D图像可知，电子0～做匀加速直线运动，T～T内做匀速运动，然后重复加速直线运动和匀速运动，一直向一个方向运动，D错误。 5．如图甲所示，平行金属板A、B正对竖直放置，C、D为两板中线上的两点。A、B板间不加电压时，一个带电小球从C点无初速度释放，经时间T到达D点，此时速度为v0。在A、B两板间加上如图乙所示的交变电压，t＝0带电小球仍从C点无初速度释放，小球运动过程中未接触极板，则t＝T时，小球(　 　) A．在D点上方 B．恰好到达D点 C．速度大于v D．速度小于v B　解析：小球仅受重力作用时从C到D做自由落体运动，由速度公式得v0＝gT；现加水平方向的周期性变化的电场，由运动的独立性知小球在竖直方向还是做匀加速直线运动，水平方向0～沿电场力方向做匀加速直线运动，～做匀减速直线运动刚好水平速度减为零，～做反向的匀加速直线运动，～T做反向的匀减速直线运动，水平速度减为零，故t＝T时合速度为v0，水平位移为零，则刚好到达D点，B正确。 6. 如图所示，质量m＝2.0×10-4 kg、电荷量q＝1.0×10-6 C的带正电的微粒静止在空间范围足够大、电场强度为E的匀强电场中，g取10 m/s2。 (1)求匀强电场的电场强度E的大小和方向； (2)在t＝0时刻，电场强度大小突然变为E0＝4.0×103 N/C，方向不变，求在0.20 s时间内静电力做的功； (3)在(2)的情况下，t＝0.20 s时刻突然撤掉电场，求带电微粒回到出发点时的动能。 答案：(1)2×103 N/C　方向向上　(2)8.0×10-4 J　(3)8.0×10-4 J 解