【物理】2020届一轮复习人教版带电粒子在电场中的加速和偏转课时作业 5页

2020 届一轮复习人教版 带电粒子在电场中的加速和偏转 课时 作业 一、选择题 1．(2018·惠州模拟)下列粒子从初速度为零的状态经过电压为 U 的电场后，速度最大的 粒子是(　　) A．质子(11H)　　　　　　 B．氘核(21H) C．α 粒子(42He) D．钠离子(Na＋) 解析：粒子在电场中做加速运动，根据动能定理可知，qU＝ 1 2mv2－0，解得 v＝ 2qU m ，粒 子的比荷越大，速度越大，故质子的速度最大，A 选项正确． 答案：A 2．带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时(除电场力外不计其他力的作用)(　　) A．电势能增加，动能增加　 B．电势能减小，动能增加 C．电势能和动能都不变 D．上述结论都不正确 解析：根据能量守恒定律可知，只有电场力做功的情况下，动能和电势能之和保持不变， 即带电粒子受电场力做正功，电势能减小，动能增加，故 B 选项正确． 答案：B 3.如图所示是真空中 A、B 两板间的匀强电场，一电子由 A 板无初速度释放运动到 B 板， 设电子在前一半时间内和后一半时间内的位移分别为 s1 和 s2，在前一半位移和后一半位移所 经历的时间分别是 t1 和 t2，下面选项正确的是(　　) A．s1∶s2＝1∶4，t1∶t2＝ 2 ∶1 B．s1∶s2＝1∶3，t1∶t2＝ 2 ∶1 C．s1∶s2＝1∶4，t1∶t2＝1∶( 2－1) D．s1∶s2＝1∶3，t1∶t2＝1∶( 2－1) 解析：s1＝ 1 2at2，s2＝ 1 2a(2t)2－ 1 2at2＝ 3 2at2，s1∶s2＝1∶3，x＝ 1 2at21，t1＝ 2x a ，2x＝ 1 2 at′2，t2＝t′－t1＝ 4x a － 2x a ，t1∶t2＝1∶( 2－1)，故 D 正确． 答案：D 4．(多选)(2018·运城市模拟)带有同种电荷的各种带电粒子(不计重力)沿垂直电场方向 入射到平行带电金属板之间的电场中，并都能从另一侧射出．以下说法正确的是(　　) A．若粒子的带电量和初动能相同，则离开电场时它们的偏向角 φ 相同 B．若质量不同的带电粒子由静止开始经相同电场加速后进入该偏转电场，则离开电场时 它们的偏向角 φ 相同 C．若带电粒子由静止开始经相同电场加速后进入该偏转电场，离开电场时其偏移量 y 与 粒子电荷量成正比 D．若带电粒子以相同的初速度进入该偏转电场，离开电场时其偏移量 y 与粒子的比荷成 正比 解析：粒子做类平抛运动，偏向角 tanφ＝ vy vx＝ qUL dmv20∝ UL d ，若粒子的带电量和初动能相同， 则离开电场时它们的偏向角 φ 相同，A 选项正确；加速电场中，qU1＝ 1 2mv20－0，偏向角 tanφ ＝ vy vx＝ qU2L dmv20＝ U2L 2dU1，相同，B 选项正确；偏移量 y＝ qU2L2 2dmv20＝ U2L2 4dU1，偏移量应该相同，C 选项错误； 偏移量 y＝ qU2L2 2dmv20∝ q m ，若带电粒子以相同的初速度进入该偏转电场，离开电场时其偏移量 y 与粒子的比荷成正比，D 选项正确． 答案：ABD 5．(多选)欧洲核子研究中心于 2008 年 9 月启动了大型强子对撞机，如图甲所示，将一 束质子流注入长 27km 的对撞机隧道，使其加速后相撞，创造出与宇宙大爆炸之后万亿分之一 秒时的状态相类似的条件，为研究宇宙起源和各种基本粒子特性提供强有力的手段．设 n 个 金属圆筒沿轴线排成一串，各筒相间地连到正负极周期性变化的电源上，图乙所示为其简化 示意图．质子束以一定的初速度 v0 沿轴线射入圆筒实现加速，则(　　) A．质子在每个圆筒内都做加速运动 B．质子只在圆筒间的缝隙处做加速运动 C．质子穿过每个圆筒时，电源的正负极要改变 D．每个筒长度都是相等的 解析：由于同一个金属筒所在处的电势相同，内部无场强，故质子在筒内必做匀速直线 运动；而前后两筒间有电势差，故质子每次穿越缝隙时将被电场加速，则 B 项对，A 项错；质 子要持续加速，下一个金属筒的电势要低，所以电源正负极要改变，故 C 项对；质子速度增 加，而电源正、负极改变时间一定，则沿质子运动方向，金属筒的长度要越来越长，故 D 项 错． 答案：BC 6．(2018·襄州一中模拟)如图，平行板电容器板间电压为 U，板间距为 d，两板间为匀 强电场，让质子流以初速度 v0 垂直电场射入，沿 a 轨迹落到下板的中央，现只改变其中一条 件，让质子沿 b 轨迹落到下板边缘，则可以将(　　) A．开关 S 断开 B．初速度变为 v0 2 C．板间电压变为 U 4 D．竖直移动上板，使板间距变为 2d 解析：质子在匀强电场中做类平抛运动，开关 S 断开时，极板间电压恒定不变，电场强 度不变，质子仍落到 a 点，A 选项错误；质子在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做初 速度为零的匀加速直线运动，初速度变为 v0 2 ，运动时间不变，水平位移减半，不会落到 b 点， B 选项错误；极板间电压变为 U 4，匀强电场变为 E 4，加速度变为 a 4，根据运动学公式可知，t＝ 2h a ，运动时间变为原来的 2 倍，质子沿 b 轨迹落到下板边缘，C 选项正确；竖直移动上板， 使板间距变为 2d，电场场强变为原来的 E 2，加速度变为 a 2，根据运动学公式可知，t＝ 2h a ，运 动时间变为原来的 2倍，水平位移为原来的 2倍，不能到达下板边缘，D 选项错误． 答案：C 7．(2018·安阳市模拟)如图所示，在足够大的平行金属板 M、N 内部左侧中央 P 有一质 量为 m 的带电粒子(重力不计)以水平速度 v0 射入电场并打在 N 板的 O 点．改变 R1 或 R2 的阻 值，粒子仍 v0 射入电场，则(　　) A．该粒子带正电 B．减小 R2，粒子还能打在 O 点 C．减小 R1，粒子将打在 O 点右侧 D．增大 R1，粒子在板间运动时间不变 解析：平行板电容器与电阻 R0 并联，故极板 M 带负电，粒子在电场中向下偏转，所受的 电场力方向向下，该粒子带负电，A 选项错误；电阻 R2 与平行板串联，电路稳定时，R2 中没 有电流，相当于导线，改变 R2，不改变 M、N 间的电压，板间电场强度不变，粒子所受的电场 力不变，粒子仍打在 O 点，B 选项正确；根据串并联电路的规律可知，减小 R1，电容器两端电 压增大，极板间电场强度增大，粒子将打在 O 点左侧，C 选项错误；粒子在电场中水平方向做 匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，增大 R1，电容器两端电压减小， 极板间电场强度减小，运动时间增大，D 选项错误． 答案：B 8．(2017·江苏高考)如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C 中央各有一小孔， 小孔分别位于 O、M、P 点．由 O 点静止释放的电子恰好能运动到 P 点．现将 C 板向右平移到 P′点，则由 O 点静止释放的电子(　　) A．运动到 P 点返回 B．运动到 P 和 P′点之间返回 C．运动到 P′点返回 D．穿过 P′点 解析：分析题意可知，电子在AB 板间做加速运动，在 BC 板间做减速运动，恰好运动到 P 点，将 C 板向右平移到 P′点，则 BC 间距变大，根据平行板电容器电容的决定式可知，C＝ εrS 4πkd， 电容减小，电场强度 E＝ U d＝ Q Cd＝ 4πkQ εrS ，分析可知，BC 极板间电场强度恒定不变，故电子仍 然运动到 P 点返回，A 选项正确． 答案：A 二、非选择题 9．一束初速度不计的电子流在经 U＝5 000 V 的加速电压加速后，在距离两极板等距处垂 直进入平行板间的匀强电场，如图所示，若板间距离 d＝1.0 cm，板长 l＝5.0 cm， 则： (1)要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？ (2)若在偏转电场右侧距极板右边缘 x＝2.5 cm 处放置一半径 R＝0.5 cm 的光屏(中线过光 屏中心且与光屏垂直)，要使电子能从平行板间飞出，且打到光屏上，则两个极板上最多能加 多大电压？ 解析：(1)电子在加速过程中，根据动能定理得，eU＝ 1 2mv20，进入偏转电场，电子在平行 于极板的方向上做匀速直线运动，l＝v0t，在垂直于极板的方向上作匀加速直线运动，偏转距 离 y＝ eU1 2dmt2，能飞出的条件为 y≤ 1 2d，联立解得 U1′≤ 2Ud2 l2 ＝4.0×102 V，即要使电子能飞出， 所加电压最大为 400 V. (2)设电子在电场中的偏移量为 y′，极板间所加电压为 U2，根据几何关系可知， l 2 l 2＋x ＝ y′ R ，其中 y′＝ eU2l2 2dmv20，解得 U2＝200 V. 答案：(1)400 V　(2)200 V