人教版 (2019)必修 第三册5 带电粒子在电场中的运动课后测评

这是一份人教版 (2019)必修 第三册5 带电粒子在电场中的运动课后测评，共25页。试卷主要包含了5V时电流表中就没有电流，6×10-19C ，m=0等内容，欢迎下载使用。
2020-2021学年度人教版（2019）必修第三册10.5带电粒子在电场中的运动同步训练8（含解析）  1．如图所示，在两平行金属板中央有一个静止的带电粒子（不计重力），板间距离足够宽。从时刻开始释放粒子，为了使粒子最终打在极板上，可以在AB间加上下列哪种周期性电压（　　）A．                  B．C． D．2．如图所示，长为L=0.5m、倾角为37°的光滑绝缘斜面处于水平向右的匀强电场中，一带电荷量为+q，质量为m的小球（可视为质点），以初速度v0=2m/s恰能沿斜面匀速上滑，g=10m/s2，则下列说法中正确的是（　　）A．小球在B点的电势能大于在A点的电势能B．水平匀强电场的电场强度为C．若电场强度加倍，小球运动的加速度大小为3m/s2D．若电场强度减半，小球运动到B点时速度为初速度v0的倍3．如图所示，为长方体空间的八个顶点，，，，等量同种点电荷（）分别固定在空间的点和点，一带负电检验电荷仅在电场力作用下从空间点由静止开始运动，下列说法正确的是（　　）A．点和点的电势相等B．点和点的电场强度相同C．检验电荷电势能先增大后减小D．检验电荷恰好能运动到点4．如图，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O点处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度v1从M点沿斜面上滑，到达N点时速度为零，然后下滑回到M点，此时速度为v2。若小物体电荷量保持不变，OM＝ON，则（　　）A．从M到N的过程中，电场力对小物体先做负功后做正功B．从N到M的过程中，小物体受到的摩擦力和电场力均是先减小后增大C．小物体上升的最大高度为D．小物体上升的最大高度为5．正方形的四个顶点处分别固定了电荷量均为q、电性如图所示的点电荷，A、B、C、D分别是正方形四边的中点，下列说法中正确的是（　　）A．A点和C点的电场强度相同B．B点和D点的电场强度相同C．一电子沿图中虚线BD从B点运动到D点的过程中，受到的电场力先减小后增大D．一电子沿图中虚线BD从B点运动到D点的过程中，其电势能先减小后增大 6．如图所示，带正电的粒子以一定的初速度v0沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出，已知板长为L，平行板间距离为d，板间电压为U，带电粒子的电荷量为q，粒子通过平行板的时间为t，则（不计粒子的重力）（　　）A．在前时间内，电场力对粒子做的功为B．在后时间内，电场力对粒子做的功为C．在粒子下落前和后的过程中，电场力做功之比为1：2D．在粒子下落前和后的过程中，电场力做功之比为1：17．如图甲所示，电量为Q的点电荷固定在倾角为θ的光滑绝缘斜面底端，一带电小物块从斜面上A点由静止释放后，沿斜面向上滑动至最高点B的过程中，小物块的动能和重力势能随位移的变化图像如图乙所示。已知重力加速度为g，静电力常量为k，由图像可求出（　　）A．小物块的质量B．小物块的带电量C．小物块速度最大时，其到A点的距离D．小物块上滑至最高点B时，系统电势能的改变量  8．如图所示，一质量为m，电荷量为的小球，以初速度沿两正对带电平行金属板左侧某位置水平向右射入两极板之间，离开时恰好由A点沿圆弧切线进入竖直光滑固定轨道ABC中。A点为圆弧轨道与极板端点连线的交点，CB为圆弧的竖直直径并与平行，竖直线的右边界空间存在竖直向下且大小可调节的匀强电场E。已知极板长为l，极板间距为d，圆弧的半径为R，，重力加速为g，，。不计空气阻力，板间电场为匀强电场，小球可视为质点。(1)求两极板间的电势差大小；(2)当电场强度时，求小球沿圆弧轨道运动过程中的最大速度；(3)若要使小球始终沿圆弧轨道运动且能通过最高点C，求电场强度E的取值范围。9．某金属板M受到某种紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，其速度大小也不相同。在M旁放置一个金属网N。如果用导线将MN连接起来，M射出的电子落到N上便会沿导线返回M，从而形成电流。现在不把M、N直接相连，而如图所示在M、N之间加一个电压U，发现当U＞12.5V时电流表中就没有电流。（已知电子质量me=0.91×10-30kg，电量e=1.6×10-19C）问：被这种紫外线照射出的电子，最大速度是多少？以最大速度运动的电子恰好到达金属网N时电场力做功为多少？10．如图所示为一真空示波管，电子枪从阴极K发出电子（初速度不计），经灯丝K与A板间的加速电场加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中（偏转电场可视为匀强电场），电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P点。已知加速电压为，MN两板间的距离为d，金属板长为，金属板右端到荧光屏的距离为，OP的距离为Y，电子的质量为m，电荷量为e。求：（1）电子穿过A板时的速度大小；（2）Ｍ、N板间的电压。11．如图所示，竖直虚线MN左侧有一电场强度大小E1=E的匀强电场，方向水平向左，在两条平行的虚线MN和PQ之间存在着宽为L、电场强度大小E2=的匀强电场，方向竖直向下。在虚线PQ右侧距PQ为L处有一足够大的竖直屏。现将一电子无初速度地放入电场E1中的A点，最后电子打在右侧的屏上的R点，R点到O点的距离为，AO连线与屏垂直。不计电子受到的重力。(1)求A点到虚线MN的距离；(2)若在虚线PQ与屏之间再加一竖直向上的匀强电场E3，使电子打到屏上的位置在O点下方，且到O点的距离也为，求所加电场的电场强度大小E3。12．如图所示，ABCDF为一绝缘光滑轨道，竖直放置在水平方向的匀强电场中，BCDF是半径为R的圆形轨道，已知电场强度为E，今有质量为m的带电小球在电场力作用下由静止从A点开始沿轨道运动，小球受到的电场力和重力大小相等，要使小球沿轨道做圆周运动，则AB间的距离至少为多大？13．如图所示是一个示波管工作原理图，电子经电压V加速后以速度沿两极板的中线进入电压V，间距为，板长的平行金属板组成的偏转电场，离开电场后打在距离偏转电场的屏幕上的点，（e=1.6×10-19C ，m=0.9×10-30kg）求：(1)电子进入偏转电场时的速度；(2)电子射出偏转电场时速度的偏角和偏转量；(3)电子打在屏幕上的侧移位移。14．如图所示，在竖直平面内，光滑的绝缘细管AC与半径为R的圆交于B、C两点，B恰为AC的中点，C恰位于圆周的最低点，在圆心O处固定一正电荷。现有一质量为m、电荷量为－q、在管上端的带负电小球（可视为质点）从A点由静止开始沿管内下滑。已知重力加速度为g，A、C两点间的竖直距离为3R，小球滑到B点时的速度大小为。求：(1)小球从A滑到B过程中重力做的功(2)A、B两点间的电势差UAB(3)小球滑至C点时的速度大小。15．如图所示，一根光滑绝缘细杆与水平面成α=30o角倾斜固定。细杆的一部分处在场强方向水平向右的匀强电场中，场强E=2×104N/C。在细杆上套有一个带负电的小球，带电量为q=1×10-5C、质量为m=3×10-2kg。现使小球从细杆的顶端A由静止开始沿杆滑下，并从B点进入电场，小球在电场中滑至最远处的C 点。已知AB间距离x1=0.4m， g=10m/s2求：(1)小球通过B点时的速度大小vB；(2)求小球从A运动到B所用的时间t；    (3)小球进入电场后滑行的最大距离x2；16．如图所示，在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘直杆AC，其下端（C端）距地面高度h=0.8m。有一质量为500g的带电小环套在直杆上，正以某一速度沿杆匀速下滑，小环离开杆后正好通过C端的正下方P点。（g取10m/s2）求：(1)请判断带电粒子的电性；(2)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向；(3)小环在直杆上匀速运动时速度的大小；(4)小环运动到P点的动能。17．两个半径为R的圆形平板电极，平行正对放置，相距为d，极板间的电势差为U，板间电场可以认为是均匀的。一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子的电荷为e，质子和中子的质量均视为m，忽略重力和空气阻力的影响，求： (1)极板间的电场强度E；(2)α粒子在极板间运动的加速度a。18．如图所示，空间有场强E=1.0×102V/m竖直向下的匀强电场，长L=0.8m不可伸长的轻绳固定于O点。另一端系一质量m=0.5kg带电q=+5×10﹣2C的小球。拉起小球至绳水平后在A点无初速度释放，当小球运动至O点的正下方B点时绳恰好断裂，小球继续运动并垂直打在同一竖直平面且与水平面成θ=53°、无限大的挡板MN上的C点。试求：(1)绳子的最大张力；(2)A、C两点的电势差；(3)当小球运动至C点时，突然施加一恒力F作用在小球上，同时把挡板迅速水平向右移至某处，若小球仍能垂直打在档板上，所加恒力F的方向及取值范围。19．如图甲所示，在长、倾角的固定绝缘光滑斜面的底端A处静止有一质量、电荷量的带正电滑块（可视为质点）。现在斜面上方加上平行斜面向上的电场，其电场强度的大小E与到A点的距离x的变化规律如图乙所示。某时刻释放滑块，结果滑块恰好能到达斜面顶端。取，，。求：（结果可保留根号）（1）的值；（2）滑块向上运动过程中的最大速度。20．如图，在互相平行的三个竖直分界面AD、JH、BC间形成两个竖直方向足够长、水平方向宽均为L=0.6m的区域，两区域分别存在着电场强度大小相等的匀强电场，其中区域Ⅰ场强的方向与水平方向成角斜向右上方，区域Ⅱ场强的方向竖直向下。将一带电小球（可视为质点）从区域Ⅰ左边界上的P点由静止释放，小球沿水平直线运动到JH边界的Q点后进入区域Ⅱ，并从区域Ⅱ的右边界射出。重力加速度g取10m/s2，sin=0.6，cos=0.8，求：(1)小球通过Q点时速度的大小；(2)小球离开区域Ⅱ速度的大小和方向。
参考答案1．A【详解】A．根据图像可知A中粒子在一个周期内有位移，且方向指向A或B，每经过一个周期位移增加量相同，最终粒子会打到板上，故A正确；BCD．三个选项中粒子在前半周期都是沿一个方向先做加速后做减速直线运动，在后半周期再反向先做加速后做减速减速直线运动，由对称性可知，粒子一个周期后又会回到出发点，即三种情况下粒子始终在一定范围内做往复运动，因为板间距离足够宽，故最终都到不了极板，故BCD错误。故选A。2．B【详解】A．小球由到的过程中，重力做负功，电场力做正功，小球电势能减少，故A错误；B．因小球做匀速运动，由平衡条件知所以电场强度故B正确；C．电场强度变为2倍后，则有所以故C错误；D．电场强度减为一半后，则有解得由代入数值得故速度减小为原来的一半，故D错误。故选B。3．D【详解】A．根据等量同种点电荷产生的电场的对称性，可知点和点的电势相等，故A错误；B．根据电场的叠加，可知点和点的电场强度大小相等，方向相反，故B错误；CD．在等量异种电荷连线的中垂线上，而中垂直线上电场线分布为由连线中点向外的直线，故检验电荷从点沿直线运动到点，先加速后减速，到达点速度恰好为零，此过程电场力先做正功再做负功，电势能先减小后增大，故C错误，D正确。故选D。4．C【详解】A．从M到N的过程中，带负电的小物体与正点电荷产生吸引力，两者间的距离先减小后增大，则电场力先做正功后做负功，故A错误；
B．由题分析可知，从N到M的过程中，带负电的小物体受到的电场力垂直斜面的分力先增大后减小，而重力分力不变，则摩擦力先增大后减小，在此过程中小物体到O的距离先减小后增大，根据库仑定律可知带负电的小物体受到的电场力先增大后减小，故B错误；
CD．设物体上升过程中，摩擦力做功为W，上升的最大高度为h。由于OM=ON，M、N两点的电势相等，上升和下滑过程中电场力做功都为0，则根据动能定理可知
上升过程下滑过程 联立解得小物体上升的最大高度为故C正确，D错误。
故选C。5．C【详解】A．可以认为A、B、C、D分别处于等量异种电荷的中垂线上，其场强方向都是平行指向负电荷的，A点合场强方向向下，C点合场强方向向上，根据对称性可知场强大小相等，但是电场强度为矢量，所以不能说A点和C点的电场强度相同，故A错误；B．同理B点的场强方向向右，D点的场强方向向左，故B点和D点的电场强度也不相同，故B错误；C．B、D两点中点处场强为0，所以电荷从B点运动到D的过程中，受到的电场力先减小后增加，故C正确；D．由于A、B、C、D四点在同一等势面上，所以电子从B点运动到D的过程中，电势能始终为0，故D错误；
 故选C。
 【点睛】 6．BD【详解】A．根据题意在时间t内电场力做的功为qU = Eqat2在前时间内电场力做的功为W1 =Eqa=A错误；B．在后时间内，电场力对粒子做的功为W2 = Eq(a∙+a)=B正确；CD．根据题意粒子在下落的过程中电场力做的功为qU = Eqd在粒子下落前的过程中电场力做的功为W3 = Eq=，W4 = Eq=W3：W4 = 1：1则C错误、D正确。故选BD。7．AD【详解】A．小物块重力势能的增加量数值上等于重力做的功，故由图像可知解得故A正确；BC．小物块速度最大时，加速度为0，此时有由于图像中速度最大时的坐标未知，故小物块带电量q和速度最大时距A点的距离无法求出，故BC错误；D．小物块从A滑至最高点B时，动能变化量为0，因此此过程中，重力势能的增加量等于电势能的减少量，即系统电势能减少了E1，故D正确。故选AD。8．(1)；(2)；(3)【详解】(1)小球在A点，由运动的合成与分解关系知：小球的竖直分速度小球在极板中,由平抛运动规律知由牛顿第二定律知由电场强度和电势差的关系知联立得(2)小球在A点速度由于电场方向竖直向下，故小球在圆弧轨道运动时，到达B点时的速度最大，则从A到B，由动能定理得，又联立得(3)从A到C，由能量守恒得：为使小球能过最高点，在C点有可得联立解得9．2.1×106m/s；-2×10-18J
 【详解】当电流表中无电流通过时，说明即使垂直射向N板的电子都会在到达N板前减速到零，假设电子最大速度是v，由动能定理
 -eU=0-mv2v=2.1×106m/s以最大速度运动的电子恰好到达金属网N时，电场力做功W=-eU=-12.5eV=-2×10-18J10．（1）；（2）【详解】(1)在加速电压中直线加速由动能定理得电子穿过A板时的速度大小(2)在偏转电压中做类平抛运动水平方向的位移竖直方向的加速度竖直方向的速度速度偏向角的正切值竖直偏移量O到P的距离联立解得11．(1)；(2)3E0【详解】(1)电子在MN左侧的电场中做匀加速直线运动，由动能定理可得电子在MN、PQ之间的电场中做类平抛运动，则有联立方程，解得(2)在虚线PQ与屏之间再加一竖直向上的匀强电场后，电子在PQ与屏之间的运动时间t3=t1电子在竖直方向做匀变速直线运动，取向下为正方向，则有联立方程，解得E3=3E012．【详解】重力场和电场合成等效重力场，其方向为电场力和重力的合力方向，与竖直方向的夹角（如图所示）
 θ=45°等效重力加速度在等效重力场的“最高”点，小球刚好不掉下来时，由牛顿第二定律可得 从A到等效重力场的“最高”点，由动能定理 解得13．(1) 4×107m/s；(2) 0.1；0.25cm；(3) 1.25cm【详解】(1)电子在加速电场中加速，由动能定理得代入数据解得v0=4×107m/s(2)电子在偏转电场中做类平抛运动，在水平方向有l=v0t1在竖直方向上由牛顿第二定律得电场方向的速度为vy=at1设射出偏转电场时速度的偏角为θ，则代入数据解得飞出电场时偏转量为代入数据解得y0=0.25cm(3) 电子从偏转场穿出时，沿y方向的速度为vy，穿出后到达屏所经历的时间为t2，在此时间内电子在y方向移动的距离为y，则运动时间为竖直位移y1=vyt2故电子到达屏上时，它离O点的距离为y=y1+y0代入数据解得y=1.25cm14．(1)；(2)；(3)【详解】(1)小球由A到B过程，根据功的表达式得(2)小球由A到B过程，由动能定理得①由①式可得A、B两点间的电势差(3)小球由A到C过程，由动能定理得②其中UAB=UAC③由①②③式可得小球滑至C点时的速度大小为15．(1)2m/s；(2)0.4s；(3)0.4m【详解】(1)从A到B的过程中，根据动能定理代入数据解得(2)根据可得从A到B的时间(3) 从A到C的过程中，根据动能定理代入数据解得16．(1)负电；(2)14.1 m/s2，方向与杆垂直斜向右下方；(3)2 m/s；(4)5 J【详解】(1)小环在直杆上做匀速运动，受重力、支持力和电场力作用，根据平衡条件，可知电场力必定水平向右，与电场强度方向相反，故小环带负电。(2)小环在直杆上做匀速运动，电场力必定水平向右，否则小环将做匀加速运动，其受力情况如图所示。由平衡条件得mgsin45°=Eqcos45°得mg=Eq离开直杆后，只受mg、Eq作用，则合力为F合=mg=ma所以加速度为a=g=10m/s2≈14.1 m/s2方向与杆垂直斜向右下方。(3)设小环在直杆上运动的速度为v0，离杆后经ts到达P点，则竖直方向h=v0 t sin45°+gt2水平方向v0cos45°•tt2=0联立解得v0==2 m/s或法二：设小环在直杆上运动的速度为v0，离杆后经ts到达P点，此过程做类平抛运动则有：垂直于速度方向hsin45°=v0t+gt2沿着速度方向v0t=hcos45°联立解得v0=2 m/s(4)由动能定理得mgh=Ekpmv02可得Ekp=mv02+mgh=×0.5×22J+0.5×10×0.8J=5 J17．(1)；(2)【详解】(1)极板间的电场强度(2)α粒子在极板间运动时受电场力F=2eE解得加速度18．(1)30N；(2)125V；(3)见解析所示【详解】(1)A→B由动能定理及圆周运动知识有联立解得T=30N(2)A→C由功能关系及电场相关知识有vCsinθ=vBUAC=E•hAC联立解得UAC=125V(3)由题可知施加恒力F后小球必须做匀速直线或匀加速直线运动，才能垂直打在档板上。设恒力F与竖直方向的夹角为α， 由矢量三角形可知：当F与F合（或运动）的方向垂直时，F有最小值而无最大值）Fmin=(mg+qE）•sinθ范围为 联立解得F≥8N范围为19．（1）；（2）【详解】（1）滑块从A点运动到最高点的过程中，由动能定理有解得
 （2）当滑块所受的合外力为零时，速度最大，由平衡条件有解得根据图象可知，滑块从A点运动到速度最大过程中的位移大小为
 由动能定理有解得20．(1)4m/s；(2)，与右边界的夹角【详解】(1)设小球电荷量为q、质量为m，电场强度大小为E，小球在区域Ⅰ受到的电场力和重力的合力方向水平向右，设加速度大小为a1，则有qEsin=mgqEcos=ma1小球通过Q点时速度的大小为v，则解得v=4m/s(2)小球在电场Ⅱ区域中受到电场力和重力的合力竖直向下，设其加速度大小为a2，则mg+qE=ma2小球在电场Ⅱ区域中做类平抛运动，设其运动时间为tL=vt设小球离开电场Ⅱ区域的速度大小为v合，万向与右边界的夹角为θ，小球在竖直方向的分速度为vy，则 vy=a2t解得vy=4m/s则且解得，θ=