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- 2021-05-13 发布
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带电粒子在电场中的运动
【模拟试题】(答题时间:60分钟)
一、选择题
1. 下列粒子从初速度为零的状态经过加速电压为U的电场后,哪种粒子的速率最大
A. 质子 B. 氘核 C. α粒子 D. 钠离子
2. 在匀强电场中,将质子和α粒子由静止释放,若不计重力,当它们获得相同动能时,质子经历的时间t1和α粒子经历的时间t2之比为 [ ]
A. 1∶1 B. 1∶2 C. 2∶1 D. 4∶1
3. 如图所示,质量为m,带电量为+q的滑块,沿绝缘斜面匀速下滑,当滑块滑至竖直向下的匀强电场区域时,滑块的运动状态 [ ]
A. 继续匀速下滑
B. 将加速下滑
C. 将减速下滑
D. 上述三种情况都有可能发生
4. 平行金属板板长为L,相距为d,两板间电势差为U. 带电量为q,质量为m的粒子以速度v垂直板间电场方向进入板间电场区,并飞离出电场区域,则其侧移y的大小为 [ ]
A. 与板长L成正比
B. 与板间距离成反比
C. 与两板间电势差U成正比
D. 与粒子初速度v成正比
5. 如图所示,两平行金属板间的距离为d,两板间的电压为U,今有一电子从两板间的O点沿着垂直于板的方向射出到达A点后即返回,若OA距离为h,则此电子具有的初动能是 [ ]
5
A. edh/U B. edhU C. Ue/(dh) D. ehU/d
6. 平行板电容器垂直于地面水平放置,板间的距离为d,电压为U,每个板带电量为Q. 一个质量为m,带电量为q的粒子从两板上端中点以初速度v竖直向下射入电场,打在右板的M点. 不计粒子的重力,现使右板向右平移d/2,而带电粒子仍从原处射入电场,为了使粒子仍然打在M点,下列措施哪些可行 [ ]
A. 保持Q、m、v不变,减小q
B. 保持Q、U、v不变,减小q/m
C. 保持Q、m、U不变,减小v
D. 保持Q、m、U不变,增大v
7. 两带有等量异种电荷的平行板间有一匀强电场,一个带电粒子以平行于极板的方向进入此电场,要使此粒子离开电场时偏转距离为原来的1/2(不计粒子所受重力),可采用的方法为 [ ]
A. 使粒子初速为原来的2倍
B. 使粒子初动能为原来的2倍
C. 使粒子初动量为原来的2倍
D. 使两板间电压为原来的2倍
8. 如图所示,在平行板电容器A、B两板上加上如图所示的交变电压,开始时B板电势比A板高,这时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动,设A、B两板间的距离足够大,则下述说法中正确的是 [ ]
A. 电子先向A板运动,然后向B板运动,再返向A板做周期性来回运动
B. 电子一直向A板运动
C. 电子一直向B板运动
D. 电子先向B板运动,然后向A板运动,再返回B板做周期性来回运动
二、填空题
9. 经过相同电场加速后的质子和α粒子垂直于电场线的方向飞进两平行板间的匀强电场,则它们通过该电场所用时间之比为______,通过该电场后发生偏转的角度的正切之比为 .
10. 质子和α粒子的质量比为m1∶m2=1∶4,带电量之比为q1∶q2=1∶2,当它们从静止开始由同一匀强电场加速,通过相同的位移,则它们的速度之比v1∶v2=______,动能比Ek1∶Ek2=______,动量比p1∶p2=______.
11. 平行板电容器水平放置,板间的距离为d,一个半径为r、密度为e的带电油滴在两板间. 当电容器的电压为U时,该油滴在电场中做匀速运动,由此可知油滴的带电量q=______C.
12. 一个质量为m,带电量为q的油滴从空中自由下落时间t1后,进入水平放置的带电极板间,再经过时间t2速度为零,则电场力是重力的______倍.
13. 在真空中的A、B两个点电荷,相距为L,质量分别为m和2m,它们由静止开始运动,开始时点电荷A的加速度为a,经过一段时间,点电荷B的加速度也为a,速率为v,那么这时点电荷A的速率为______,两点电荷相距______,它们的电势能减少了______. (不考虑重力的影响)
5
三、计算、论述题
14. 在一个水平面上建立x轴,在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一匀强电场,场强大小E=6×105N/C,方向与x轴正方向相同,在O处放一个带电量q=-5×10-8C,质量m=10g的绝缘物块,物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,沿x轴正方向给物块一个初速度v0=2m/s,如图所示,求物块最终停止时的位置. (g取10m/s2)
15. 如图所示,一个带电物体P,沿一个绝缘的倾斜轨道向上运动,运动过程中P的带电量保持不变. 空间存在着匀强电场(未在图中画出). 已知P经过A点时动能为30J,经过B点时它的动能减少了10J,机械能增加了20J,电势能减少了35J,它继续运动到C点时速度减为零.
(1)在它从A到C的运动过程中,克服摩擦力做了多少功?
(2)它到达C点后还会不会向下运动?为什么?
16. 如图所示,A、B是两块相同的水平平行金属板,相距为d,构成电容为C的平行板电容器,B板接地,B板中有一个小孔,开始时A、B均不带电,在B板小孔上方h处,不断有小液珠从静止开始自由下落(不计空气阻力),每个液珠的电量为q、质量为m,液珠经小孔到达A板后被吸收,液珠的下落保持一定的间隙,即在前一液珠被A板吸收并达到静电平衡后,后一液珠才继续下落,试问有多少个液珠能落到A板上?
17. 如图所示,一条长为l的细线,上端固定,下端拴一质量为m的带电小球,将它置于一匀强电场中,电场强度大小为E,方向是水平的,已知当细线离开竖直位置的偏角为α时,小球处于平衡.
(1)小球带何种电荷?求出小球所带电量.
(2)如果使细线的偏角由α增大到j,然后将小球由静止开始释放,则j应为多大,才能使细线到达竖直位置时小球的速度刚好为零?
18. 如图所示,在竖直向下的匀强电场中,使一个带负电荷的小球从斜轨道上的A
5
点静止滑下,若使小球通过半径为R的圆轨道顶端的B点时不落下来,求至少应使A点在斜轨道上的高度h为多少?设轨道是光滑而又绝缘的,小球的重力大于它所受的电场力.
19. 如图(1)中,A和B表示在真空中相距为d的两平行金属板,加上电压后,它们之间的电场可视为匀强电场,图(2)表示一周期性的交变电压的波形,横坐标代表时间t,纵坐标代表电压U,从t=0开始,电压为一给定值U0,经过半周期,突然变为-U0;再过半个周期,又突然变为U0……如此周期性地交替变化.
在t=0时,将上述交变电压U加在A、B两板上,使开始时A板电势比B板高,这时在紧靠B板处有一初速为零的电子(质量为m、电量为e)在电场作用下开始运动,要想使这个电子到达A板时具有最大的动能,则交变电压的频率最大不能超过多少?
20. 如图所示,长为l、相距为d的两平行金属板与一交流电源相连(图中未画出),有一质量为m、带电量为q的带负电的粒子以初速度v0从板中央水平射入电场,从飞入时刻算起,A、B板间所加电压的变化规律如图所示,为了使带电粒子离开电场时速度方向恰好平行于金属板,问:
(1)加速电压值U0的取值范围多大?
(2)交变电压周期T应满足什么条件?
5
【试题答案】
1. A 2. A 3. A 4. BC 5. D 6. C 7. B 8. C
14. 物块向右运动时,受滑动摩擦力f=μmg=0.02N,方向向左和向左的电场力F=qE=0.03N做匀减速运动,设右行减速至0,物块通过位移为x1,由动能定理
由于F>f,物块减速至0后将先反向加速,出电场后,只受摩擦力,将再次减速为零. 设出电场后,物体位移为x2,由动能定理
Fx1-f(x1+x2)=0-0
解得:x2=0.2m
所以物块最后停在x=-0.2m处.
15. 物体P所受重力、电场力、摩擦力均为恒力,三力做功均与位移成正比,则物体动能增量△EK∝位移s. P从A→B动能减少10J,A→C动能减少30J,说明:
AC=3AB
(1) A→B,电势能减少35J,机械能增加20J,则A→C电势能减少105J,机械能增加60J,克服摩擦力做功45J.
(2)因为电场力的功:重力功=105∶90,所以,电场力沿斜面分力F1和重力沿斜面分力G1之比F1∶G1=105∶90=7∶6
F1>G1则物体到达C点后,不会向下运动.
16. N=mgC·(d+h)/q2,当N为整数时,有N+1个;N不为整数时,有大于N的第1个整数.
17. (1)正电,;(2)
18.
19.
20. (1)(2)
5
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