物理選修3-1第一章第九節(jié)習(xí)題及答案

1、帶電粒子在電場中的運動 【測控導(dǎo)航】知識點題號1.帶電粒子在電場中的加速1、4、62.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)2、7、93.帶電粒子在電場中的復(fù)雜運動8、10、124.示波器3、5、11鞏固基礎(chǔ)1.在質(zhì)子(11H)、粒子(24He)、鈉離子(Na+)三個粒子中分別從靜止?fàn)顟B(tài)經(jīng)過電壓為U的同一電場加速后,獲得動能最大的是(B)A.質(zhì)子(11H)B.粒子(24He)C.鈉離子(Na+)D.都相同解析:由qU=12mv2-0得U相同,粒子帶2個單位的正電荷,電荷量最大,所以粒子獲得的動能最大,故選項B正確.2.電子以初速度v0沿垂直場強方向射入兩平行金屬板中間的勻強電場中,現(xiàn)增大兩板間的電壓,但仍能使

2、電子穿過該電場.則電子穿越平行板間的電場所需時間(C)A.隨電壓的增大而減小B.隨電壓的增大而增大C.與電壓的增大無關(guān)D.不能判定是否與電壓增大有關(guān)解析:設(shè)板長為l,則電子穿越電場的時間t=lv0,與兩極板間電壓無關(guān).故答案為C.3.(2013河南省許昌市高二上學(xué)期聯(lián)考)圖(a)為示波管的原理圖,如果在電極YY'之間所加的電壓按圖(b)所示的規(guī)律變化,在電極XX'之間所加的電壓按圖(c)所示的規(guī)律變化,則在熒光屏上會看到的圖形是(B)解析:t=0時,UX=-UXm,UY=0,故電子在-Xm處,即此時電子沿XX'方向偏離熒光屏中心的距離最遠;0t1階段,UX<0且逐

3、漸減小,UY>0且先增大后減小,故電子沿X'X方向做勻速運動,同時沿Y'Y方向的位移先增大后減小;t=t1時,UX=0,UY=0,電子回到熒光屏的中心位置;t12t1階段,UX>0且逐漸增大,UY<0且先增大后減小,故電子沿X'X方向做勻速運動,同時沿YY'方向的位移先增大后減小;t=2t1時,UX=UXm,UY=0,故電子運動至+Xm處,即此時電子沿X'X方向偏離熒光屏中心的距離最遠.綜上所述,選項B正確.4.如圖所示,在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運動,則關(guān)于電子到達Q板時的速度,下列說法正確的是(C)A.兩板間距離越大,加速的

4、時間就越長,獲得的速度就越大B.兩板間距離越小,加速度就越大,獲得的速度就越大C.與兩板間距離無關(guān),僅與加速電壓有關(guān)D.以上說法均不正確解析:電子由P至Q的過程中,靜電力做功,根據(jù)動能定理eU=12mv2,得v=2eUm,速度大小與U有關(guān),與距離無關(guān).5.一臺正常工作的示波管,突然發(fā)現(xiàn)熒光屏上畫面的高度縮小,則產(chǎn)生故障的原因可能是(AD)A.加速電壓偏大B.加速電壓偏小C.偏轉(zhuǎn)電壓偏大D.偏轉(zhuǎn)電壓偏小解析:畫面高度縮小,說明電子從偏轉(zhuǎn)電場射出時偏轉(zhuǎn)角減小,由qU0=12mv02,tan =qU1lmdv02得tan =U1l2dU0,則引起變小的原因可能是加速電壓U0偏大,或偏轉(zhuǎn)電壓U1偏小.

5、6.如圖所示,M、N是真空中的兩塊平行金屬板.質(zhì)量為m,電荷量為q的帶電粒子,以初速度v0由小孔進入電場,當(dāng)M、N間電壓為U時,粒子恰好能到達N板.如果要使這個帶電粒子到達M、N板間距的1/2后返回,下列措施中能滿足要求的是(不計帶電粒子的重力)(BD)A.使初速度減為原來的1/2B.使M、N間電壓加倍C.使M、N間電壓提高到原來的4倍D.使初速度和M、N間電壓都減為原來的1/2解析:由題意知,帶電粒子在電場中做減速運動,在粒子恰好能到達N板時,由動能定理可得:-qU=-12mv02.要使粒子到達兩極板中間后返回,設(shè)此時兩極板間電壓為U1,粒子的初速度為v1,則由動能定理可得:-qU12=-1

6、2mv12.聯(lián)立兩方程得:U12U=v12v02.可見,選項B、D均符合等式的要求.7.如圖所示,兩極板與電源相連接,電子從負極板邊緣垂直電場方向射入勻強電場,且恰好從正極板邊緣飛出,現(xiàn)在使電子射入速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?而電子仍從原來位置射入,且仍從正極板邊緣飛出,則兩極板間距離應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?D)A.2倍B.4倍C.12倍D.14倍解析:電子偏移位移y=12at2=qUl22mdv02,入射速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?則兩極板間距離變?yōu)樵瓉淼?4倍才能使電子從正極板邊緣飛出,選項D正確.8.歐洲核子研究中心于2008年9月啟動了大型強子對撞機,如圖(甲)所示,將一束質(zhì)子流注入長27 km的對撞機隧道,使

7、其加速后相撞,創(chuàng)造出與宇宙大爆炸之后萬億分之一秒時的狀態(tài)相類似的條件,為研究宇宙起源和各種基本粒子特性提供強有力的手段.設(shè)n個金屬圓筒沿軸線排成一串,各筒相間地連到正負極周期性變化的電源上,圖(乙)所示為其簡化示意圖.質(zhì)子束以一定的初速度v0沿軸線射入圓筒實現(xiàn)加速,則(BC)A.質(zhì)子在每個圓筒內(nèi)都做加速運動B.質(zhì)子只在圓筒間的縫隙處做加速運動C.質(zhì)子穿過每個圓筒時,電源的正負極要改變D.每個筒長度都是相等的解析:由于同一個金屬筒所在處的電勢相同,內(nèi)部無場強,故質(zhì)子在筒內(nèi)必做勻速直線運動;而前后兩筒間有電勢差,故質(zhì)子每次穿越縫隙時將被電場加速,則選項A錯,B對.質(zhì)子要持續(xù)加速,下一個金屬筒的電勢

8、要低,所以電源正負極要改變,故選項C對.質(zhì)子速度增加,而電源正、負極改變時間一定,則沿質(zhì)子運動方向,金屬筒的長度要越來越長,故選項D錯.提升能力9.如圖所示,在真空中離子P1、P2以相同速度從O點垂直場強方向射入勻強電場,經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后打在極板B上的C、D兩點.已知P1電荷量為P2電荷量的3倍.GC=CD,則P1、P2離子的質(zhì)量之比為(A)A.34B.43C.23D.32解析:y=12at2=12·qUmd·x2v02,所以m=qUx22ydv02,mqx2,所以m1m2=(q1x12)(q2x22)=34.10.如圖所示,一電子槍發(fā)射出的電子(初速度很小,可視為零)進入加速

9、電場加速后,垂直射入偏轉(zhuǎn)電場,射出后偏轉(zhuǎn)位移為y,要使偏轉(zhuǎn)位移增大,下列哪些措施是可行的(不考慮電子射出時碰到偏轉(zhuǎn)電極板的情況)(AB)A.增大偏轉(zhuǎn)電壓UB.減小加速電壓U0C.增大偏轉(zhuǎn)電場的極板間距離dD.將發(fā)射電子改成發(fā)射負離子解析:在加速電場中qU0=12mv02,在偏轉(zhuǎn)電場中y=12at2,l=v0t,可得y=Ul24U0d,若只改變其中的一個量,可采取的措施為增大偏轉(zhuǎn)電壓U,或減小加速電壓U0,或減小極板間距離d可使偏轉(zhuǎn)位移y增大,故選項A、B對,選項C錯.偏轉(zhuǎn)位移的大小與發(fā)射的帶電粒子的q、m無關(guān),故選項D錯.11.(2012濱州一中高二檢測)如圖是示波管的示意圖,豎直偏轉(zhuǎn)電極的極

10、板長l=4 cm,板間距離d=1 cm.板右端距離熒光屏L=18 cm(水平偏轉(zhuǎn)電極上不加電壓,沒有畫出).電子沿中心線進入豎直偏轉(zhuǎn)電場的速度是1.6×107 m/s,電子電荷量e=1.60×10-19 C,質(zhì)量m=0.91×10-30 kg.要使電子束不打在偏轉(zhuǎn)電極的極板上,加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的最大偏轉(zhuǎn)電壓U不能超過多大?解析:經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場的時間為t=lv,偏轉(zhuǎn)位移d2=12at2=12·Uedm·t2,所以U=d2met2=md2v2el2=91 V.答案:91 V12.(2013甘肅省蘭州西北師大附中高二上學(xué)期月考)在場強為E=100 V

11、/m的豎直向下勻強電場中有一塊水平放置的足夠大的接地金屬板,在金屬板的正上方,高為h=0.8 m處有一個小的放射源放在一端開口的鉛盒內(nèi),如圖所示.放射物以v0 =200 m/s的初速度向水平面以下各個方向均勻地釋放質(zhì)量為m=2×10-15kg、電荷量為q=+10-12C的帶電粒子.粒子最后落在金屬板上.不計粒子重力,試求:(1)粒子下落過程中靜電力做的功;(2)粒子打在板上時的動能;(3)計算落在金屬板上的粒子圖形的面積大小.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析:(1)W=Eqh=100×10-12×0.8 J=8×10-11J.(2)W=Ek2-Ek1,Ek2=(8