10.5带电粒子在电场中的运动（分层练习）-【鼎力课堂】2024-2025学年高二物理同步备课精编优选课件+同步作业（人教版2019必修第三册）

第5节　带电粒子在电场中的运动 一、带电粒子在电场中的加速 1．如图所示，P、Q两极板间电压为U，在P板附近有一电子（电盘为-e、质量为m）仅在电场力作用下由静止开始向Q板运动，则（　　） A．电子到Q板时速率为 B．两极板间距离越大，电子到达Q板时速率越大 C．两极板间距离越小，电子在两极板间运动的加速度越小 D．电子到达Q板时速率与两极板间距离无关，仅与两极板间电压U有关 2．如图甲所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图乙所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间处。若在时刻释放该粒子，粒子先向右运动，并最终打在A板上。下列判断可能正确的是（    ） A． B． C． D． 二、带电粒子在电场中的偏转 3．AB板间存在竖直方向的匀强电场，现沿垂直电场线方向射入三种比荷（电荷量与质量的比）相同的带电微粒（不计重力），a、b和c的运动轨迹如图，其中a和b是从同一点射入的。不计空气阻力，则可知粒子运动的全过程（　　） A．运动加速度 B．水平速度 C．飞行时间 D．电势能的减少量 4．电荷控制式喷墨打印机的打印头的结构简图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒（重力不计），此微粒经过带电室后以一定的初速度垂直射入偏转电场，再经偏转电场后打到纸上，显示出字符。已知偏移量越大打在纸上的字迹越大。现要缩小字迹，下列措施可行的是（　　） A．增大偏转极板间的间距 B．减小墨汁微粒进入偏转电场时的初动能 C．增大偏转极板的长度 D．增大墨汁微粒的比荷 三、示波管的原理 5．示波器是一种用来观察电信号的电子仪器，其核心部件是示波管，如图甲所示是示波管的原理图。示波管由电子枪、偏转电极和菼光屏组成，管内抽成真空。电子从灯丝发射出来（初速度可不计），经电压为的加速电场加速后，以垂直于偏转电场的方向先后进入偏转电极、。当偏转电极、上都不加电压时，电子束从电子枪射出后，沿直线运动，打在荧光屏的中心点，在那里产生一个亮斑，如图乙所示。若要荧光屏上的A点出现亮斑，则（　　） A．电极、接电源的正极，、接电源的负极 B．电极、接电源的正极，、接电源的负极 C．电极、接电源的正极，、接电源的负极 D．电极、接电源的正极，、接电源的负极 6．示波管原理图如图甲所示。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。如果在偏转电极和之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线运动，打在荧光屏中心，产生一个亮斑如图乙所示。若板间电势差和随时间变化关系图像如丙、丁所示，则荧光屏上的图像可能为（    ） A． B． C． D． 7．如图所示的直线加速器由沿轴线分布的金属圆筒（又称漂移管）A、B、C、D、E组成，相邻金属圆筒分别接在电源的两端。质子以初速度从O点沿轴线进入加速器，质子在金属圆筒内做匀速直线运动且时间均为T，在金属圆筒之间的狭缝被电场加速，加速时电压U大小相同。质子电量为e，质量为m，不计质子经过狭缝的时间，则（　　） A．MN所接电源的极性应周期性变化 B．金属圆筒的长度应与质子进入圆筒时的速度成正比 C．质子从圆筒E射出时的速度大小为 D．圆筒E的长度为 8．如图甲所示，A、B是一对平行金属板，A板的电势，B板的电势随时间的变化规律为如图乙所示，现有一电子从A板上的小孔进入两板间的电场区内，电子的初速度和重力的影响均可忽略，则（　　）。 A．若电子是在时刻进入的，它可能不会到达B板 B．若电子是在时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后穿过B板 C．若电子是在时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后穿过B板 D．若电子是在时刻进入的，它可能不能到达B板 9．示波管是电子示波器的心脏，其中的电子枪产生一个聚集很细的电子束，电子束经电场加速到很大的速度，再经过一对偏转板，加在偏转板上的电压使电子束发生偏转，电子束将随偏转板的电压的变化而上下运动。简化示波管的工作原理图如图所示，两组平行带电金属板Ⅰ和Ⅱ，板间距离和板长均为L，金属板组Ⅰ竖直放置，两板间所加电压为U1，金属板组Ⅱ水平放置，两板间所加电压为U2。电子从金属板组Ⅰ竖直板上的A点由静止释放后，经B点沿金属板组Ⅱ的中心线水平进入，最终恰好从金属板组Ⅱ的上板右边缘射出。则下列说法正确的是（　　） A．电子经过两组金属板的时间之比为 B．电子经过两组金属板的加速度之比为 C．平行带电金属板组Ⅰ和Ⅱ所加电压之比为 D．电子射出两组金属板的末动能之比为 10．如图所示，一电子沿轴射入电场，在电场中的运动轨迹为OCD，已知OA=AB， 电子过C、D两点时竖直方向的分速度为和；电子在OC段和CD段动能变化量分别为和，则（　　） A． B． C． D． 11．如图所示，两平行板水平放置，板间存在匀强电场。质量相等的P、M、N三个小球一个带正电，一个带负电，一个不带电，分别从O点以相同速度水平射入电场，落点如图，则这三个小球（    ） A．P带正电，M不带电，N带负电 B．到达正极板时速度大小相等 C．在电场中运动时间相等 D．在电场中的加速度大小 12．如图所示，质量为m、电荷量为q的带电微粒，以初速度 v0从A 点竖直向上射入方向水平、电场强度为E 的匀强电场中。当微粒经过 B 点时速率 方向与E同向。重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．A、B两点间电势差为 B．A、B两点间的高度差为 C．微粒在 A 点的电势能比在 B 点的电势能大 D．从A 点到B 点微粒做匀变速运动 13．如图所示，真空中，竖直平行金属板间有恒压加速电场，水平平行金属板间有恒压偏转电场，P为竖直固定且足够大的荧光屏，和分别是板和荧光屏的中心，且与的连线水平。将质子和粒子先后从处由静止释放，经加速电场加速后，沿垂直电场方向进入偏转电场，最后均打在荧光屏上。已知质子质量为、电荷量为，粒子质量为、电荷量为，不计粒子间的相互作用力。则（    ） A．两粒子从板运动到荧光屏经过的时间相同 B．质子从板运动到荧光屏经过的时间较短 C．两粒子打到荧光屏上的位置相同 D．质子打到荧光屏上的位置距离荧光屏中心较远 14．示波器是一种常见的电学仪器，可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时间变化的情况。示波器的内部构造简化图如图所示，电子经电子枪加速后进入偏转电场，最终打在荧光屏上。下列关于所加偏转电压与荧光屏上得到图形的说法中正确的是（　　） A．如果只在上加图甲所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图（b） B．如果只在上加图乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图（a） C．如果在、上分别加图甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图（c） D．如果在，上分别加图甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图（d） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第5节　带电粒子在电场中的运动 一、带电粒子在电场中的加速 1．如图所示，P、Q两极板间电压为U，在P板附近有一电子（电盘为-e、质量为m）仅在电场力作用下由静止开始向Q板运动，则（　　） A．电子到Q板时速率为 B．两极板间距离越大，电子到达Q板时速率越大 C．两极板间距离越小，电子在两极板间运动的加速度越小 D．电子到达Q板时速率与两极板间距离无关，仅与两极板间电压U有关 【答案】D 【详解】A．粒子运动过程只有电场力做功，根据动能定理解得故A错误； BD．由A选项分析可知，虽然极板间距发生变化，但电子到达Q板时的速率与两板间距离无关，仅与加速电压U有关，因电压不变，电子到达Q板时速率大小不变，故B错误，D正确； C．两极板间的场强为两极板间距离越小，场强E越大，而可知两极板间距离越小，电子在两极板间运动的加速度越大，故C错误。故选D。 2．如图甲所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图乙所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间处。若在时刻释放该粒子，粒子先向右运动，并最终打在A板上。下列判断可能正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．若，带正电粒子先加速向B板运动，再减速运动至速度为零，然后反方向加速运动，再减速运动至速度为零，如此反复运动，每次向右运动的距离等于向左运动的距离，选项A错误； B．若，带正电粒子先加速向右运动，再减速运动至速度为零，然后反方向加速运动，再减速运动至速度为零，如此反复运动，每次向右运动的距离小于向左运动的距离，最终打在板上，选项B正确； C．若，带正电粒子先加速向左运动，与题干不符，选项C错误； D．若，带正电粒子先加速向右运动，再减速运动至速度为零，然后反方向加速运动，再减速运动至速度为零，如此反复运动，每次向右运动的距离大于向左运动的距离，最终打在B板上，选项D错误。 故选B。 二、带电粒子在电场中的偏转 3．AB板间存在竖直方向的匀强电场，现沿垂直电场线方向射入三种比荷（电荷量与质量的比）相同的带电微粒（不计重力），a、b和c的运动轨迹如图，其中a和b是从同一点射入的。不计空气阻力，则可知粒子运动的全过程（　　） A．运动加速度 B．水平速度 C．飞行时间 D．电势能的减少量 【答案】B 【详解】A．根据牛顿第二定律得：微粒的加速度为据题相同，相同，所以加速度相同，即故A错误； C．三个带电微粒在竖直方向都做初速度为零的匀加速直线运动，由得由图有则得故C错误； B．三个带电微粒水平方向都做匀速直线运动，由得图知又则得故B正确； D．电场力做功为由于电荷量关系不能确定，所以不能确定电场力做功的大小，也就不能确定电势能减少量的大小，故D错误。故选B。 4．电荷控制式喷墨打印机的打印头的结构简图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒（重力不计），此微粒经过带电室后以一定的初速度垂直射入偏转电场，再经偏转电场后打到纸上，显示出字符。已知偏移量越大打在纸上的字迹越大。现要缩小字迹，下列措施可行的是（　　） A．增大偏转极板间的间距 B．减小墨汁微粒进入偏转电场时的初动能 C．增大偏转极板的长度 D．增大墨汁微粒的比荷 【答案】A 【详解】微粒在偏转电场中的偏移量为微粒的加速度大小为微粒在偏转电场中的运动时间为初动能为得现要缩小字迹，减小偏移量，可增大偏转极板间的间距，或增大墨汁微粒进入偏转电场时的初动能，或减小偏转极板的长度，或减小墨汁微粒的比荷。故选A。 三、示波管的原理 5．示波器是一种用来观察电信号的电子仪器，其核心部件是示波管，如图甲所示是示波管的原理图。示波管由电子枪、偏转电极和菼光屏组成，管内抽成真空。电子从灯丝发射出来（初速度可不计），经电压为的加速电场加速后，以垂直于偏转电场的方向先后进入偏转电极、。当偏转电极、上都不加电压时，电子束从电子枪射出后，沿直线运动，打在荧光屏的中心点，在那里产生一个亮斑，如图乙所示。若要荧光屏上的A点出现亮斑，则（　　） A．电极、接电源的正极，、接电源的负极 B．电极、接电源的正极，、接电源的负极 C．电极、接电源的正极，、接电源的负极 D．电极、接电源的正极，、接电源的负极 【答案】B 【详解】电子在电场中受到电场力作用向高电势处运动，若要荧光屏上的A点出现亮斑，电子应向电极、运动，故电极、接电源的正极，、接电源的负极。 故选B。 6．示波管原理图如图甲所示。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。如果在偏转电极和之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线运动，打在荧光屏中心，产生一个亮斑如图乙所示。若板间电势差和随时间变化关系图像如丙、丁所示，则荧光屏上的图像可能为（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】为恒定电压，电子带负电，故电子向Y轴正方向偏转，在之间加如图丙所示的正弦电压，电子在X轴方向发生偏转，电压越大侧移量越大，由运动的合成，会在荧光屏上看到过Y轴正方向上某点且平行X轴的一条水平的亮线（在Ⅰ、Ⅱ象限），故C正确，ABD错误。故选C。 7．如图所示的直线加速器由沿轴线分布的金属圆筒（又称漂移管）A、B、C、D、E组成，相邻金属圆筒分别接在电源的两端。质子以初速度从O点沿轴线进入加速器，质子在金属圆筒内做匀速直线运动且时间均为T，在金属圆筒之间的狭缝被电场加速，加速时电压U大小相同。质子电量为e，质量为m，不计质子经过狭缝的时间，则（　　） A．MN所接电源的极性应周期性变化 B．金属圆筒的长度应与质子进入圆筒时的速度成正比 C．质子从圆筒E射出时的速度大小为 D．圆筒E的长度为 【答案】AB 【详解】A．因由直线加速器加速质子，其运动方向不变，由题图可知，A的右边缘为正极时，则在下一个加速时需B右边缘为正极，所以MN所接电源的极性应周期性变化，故A正确； B．因质子在金属圆筒内做匀速运动且时间均为T，由可知金属圆筒的长度应与质子进入圆筒时的速度成正比，故B正确； C．质子以初速度从O点沿轴线进入加速器，质子经5次加速，由动能定理可得解得质子从圆筒E射出时的速度大小为故C错误； D．质子在圆筒内做匀速运动，所以圆筒E的长度为故D错误。故选AB。 8．如图甲所示，A、B是一对平行金属板，A板的电势，B板的电势随时间的变化规律为如图乙所示，现有一电子从A板上的小孔进入两板间的电场区内，电子的初速度和重力的影响均可忽略，则（　　）。 A．若电子是在时刻进入的，它可能不会到达B板 B．若电子是在时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后穿过B板 C．若电子是在时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后穿过B板 D．若电子是在时刻进入的，它可能不能到达B板 【答案】BD 【详解】A．电子在t=0时刻进入时，在一个周期内，前半个周期受到的电场力向右，向右做加速运动，后半个周期受到的电场力向左，继续向右做减速运动，T时刻速度为零，接着周而复始，所以电子一直向B板运动，一定会到达B板，故A错误； B．若电子是在时刻进入时，在～，电子受到的电场力向右，向右做加速运动，在～，受到的电场力向左，继续向右做减速运动，时刻速度为零，在～T，电子受到的电场力向左，向左做加速运动，在T～，受到的电场力向左，继续向左做减速运动，时刻速度为零，完成了一个周期的运动，在一个周期内，向右的位移大于向左的位移，所以总的位移向右，接着周而复始，最后穿过B板，故B正确； C．若电子是在时刻进入时，与在时刻进入时情况相似，在运动一个周期时间内，时而向B板运动，时而向A板运动，总的位移向左，最后穿过A板，故C错误； D．若电子是在时刻进入时，在一个周期内：在～，电子受到的电场力向右，向右做加速运动，在～内，受到的电场力向左，继续向右做减速运动，时刻速度为零，若此过程中，电子的位移大于两极板间距，则电子能到达B板；若电子的位移小于两极板间距，则电子不能到达B板；以后在～T内，向左做加速运动，在T～向左减速到零，接着周而复始，所以电子一直做往复运动，不会到达B板，故D正确。故选BD。 9．示波管是电子示波器的心脏，其中的电子枪产生一个聚集很细的电子束，电子束经电场加速到很大的速度，再经过一对偏转板，加在偏转板上的电压使电子束发生偏转，电子束将随偏转板的电压的变化而上下运动。简化示波管的工作原理图如图所示，两组平行带电金属板Ⅰ和Ⅱ，板间距离和板长均为L，金属板组Ⅰ竖直放置，两板间所加电压为U1，金属板组Ⅱ水平放置，两板间所加电压为U2。电子从金属板组Ⅰ竖直板上的A点由静止释放后，经B点沿金属板组Ⅱ的中心线水平进入，最终恰好从金属板组Ⅱ的上板右边缘射出。则下列说法正确的是（　　） A．电子经过两组金属板的时间之比为 B．电子经过两组金属板的加速度之比为 C．平行带电金属板组Ⅰ和Ⅱ所加电压之比为 D．电子射出两组金属板的末动能之比为 【答案】AB 【详解】A．设经过B点的速度为，根据运动学公式可知经过金属板组Ⅰ的时间为经过金属板组Ⅱ的时间为可知电子经过两组金属板的时间之比为故A正确； B．经过金属板组Ⅰ有经过金属板组Ⅱ有可知电子经过两组金属板的加速度之比为故B正确； C．经过金属板组Ⅰ的加速度为经过金属板组Ⅱ的加速度可知平行带电金属板组Ⅰ和Ⅱ所加电压之比为故C错误； D．电子经过金属板组Ⅰ，由动能定理可得电子经过金属板组Ⅱ，由动能定理可得联立可得可知电子射出两组金属板的末动能之比为，故D错误。故选AB。 10．如图所示，一电子沿轴射入电场，在电场中的运动轨迹为OCD，已知OA=AB， 电子过C、D两点时竖直方向的分速度为和；电子在OC段和CD段动能变化量分别为和，则（　　） A． B． C． D． 【答案】AC 【详解】AB．由于粒子水平方向做匀速直线运动，且OA=AB，则tOC=tCD再由vy=at得A正确，B错误； CD．根据匀变速运动推论，在OC段和CD段两个过程中竖直位移之比为1∶3，合外力做功之比1∶3，根据动能定理，动能变化量之比为，C正确，D错误。故选AC。 11．如图所示，两平行板水平放置，板间存在匀强电场。质量相等的P、M、N三个小球一个带正电，一个带负电，一个不带电，分别从O点以相同速度水平射入电场，落点如图，则这三个小球（    ） A．P带正电，M不带电，N带负电 B．到达正极板时速度大小相等 C．在电场中运动时间相等 D．在电场中的加速度大小 【答案】AD 【详解】C．小球在平行板内做类平抛运动，水平方向有由于则故C错误； D．竖直方向有可得则在电场中的加速度大小故D正确； A．小球带正电，加速度为小球不带电，加速度为小球带负电，加速度为可得故P带正电，M不带电，N带负电，故A正确； B．根据动能定理，，可得到达正极板时速度大小故B错误。故选AD。 12．如图所示，质量为m、电荷量为q的带电微粒，以初速度 v0从A 点竖直向上射入方向水平、电场强度为E 的匀强电场中。当微粒经过 B 点时速率 方向与E同向。重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．A、B两点间电势差为 B．A、B两点间的高度差为 C．微粒在 A 点的电势能比在 B 点的电势能大 D．从A 点到B 点微粒做匀变速运动 【答案】BCD 【详解】B.带电微粒在匀强电场中受到重力和电场力两个力的作用，竖直分运动是竖直上抛运动，水平分运动是初速度为零的匀加速直线运动。竖直方向由运动学公式得解得故B项正确； A.从A到B，由动能定理得联立解得故A错误； B.从A到B，电场力做正功且为因此微粒在 A 点的电势能比在 B 点的电势能大，故C项正确； D.带电微粒在匀强电场中受到重力和电场力两个恒力的作用，合力恒定，故加速度恒定，因此微粒做匀变速运动，故D项正确；故选BCD。 13．如图所示，真空中，竖直平行金属板间有恒压加速电场，水平平行金属板间有恒压偏转电场，P为竖直固定且足够大的荧光屏，和分别是板和荧光屏的中心，且与的连线水平。将质子和粒子先后从处由静止释放，经加速电场加速后，沿垂直电场方向进入偏转电场，最后均打在荧光屏上。已知质子质量为、电荷量为，粒子质量为、电荷量为，不计粒子间的相互作用力。则（    ） A．两粒子从板运动到荧光屏经过的时间相同 B．质子从板运动到荧光屏经过的时间较短 C．两粒子打到荧光屏上的位置相同 D．质子打到荧光屏上的位置距离荧光屏中心较远 【答案】BC 【详解】AB．设恒压加速电场电压为，粒子离开加速电场时速度大小为，由动能定理有可得设板间距离为，板长为，板右端到荧光屏的距离为，粒子从板运动到荧光屏经过的时为联立可得故质子从板运动到荧光屏经过的时间较短，故A错误，B正确； CD．设恒压偏转电场电压为，板间距离为，粒子飞出偏转电场时的偏转距离联立可得可知粒子的偏转距离与粒子的比荷无关，故粒子飞出偏转电场时，在竖直方向的速度粒子从离开偏转电场到打在荧光屏上的过程中，在竖直方向的位移联立可得故由此可知，两粒子打到荧光屏上的位置相同，故C正确，D错误。故选BC。 14．示波器是一种常见的电学仪器，可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时间变化的情况。示波器的内部构造简化图如图所示，电子经电子枪加速后进入偏转电场，最终打在荧光屏上。下列关于所加偏转电压与荧光屏上得到图形的说法中正确的是（　　） A．如果只在上加图甲所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图（b） B．如果只在上加图乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图（a） C．如果在、上分别加图甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图（c） D．如果在，上分别加图甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图（d） 【答案】ABD 【详解】A．如果只在上加图甲所示的电压，竖直方向不偏转，所以在荧光屏上看到的图形如图（b），故A正确； B．如果只在上加图乙所示的电压，水平方向不偏转，则在荧光屏上看到的图形如图（a），故B正确； CD．如果在、上分别加图甲、乙所示的电压，则水平方向为扫描电压，扫描电压覆盖了两个周期的待测信号波形，在荧光屏上看到的图形将如图（d）所示，故C错误，D正确。 故选BD。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$