物理5 带电粒子在电场中的运动巩固练习

这是一份物理5 带电粒子在电场中的运动巩固练习，共24页。试卷主要包含了3秒，小球电势能的变化量等内容，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1（含解析）  1．如图所示，两平行板间有匀强电场，不同带电离子先后以相同初速度v0，从平行板左侧中央沿垂直电场方向射入，粒子均不与板碰撞，粒子重力不计。设粒子质量为m，带电荷量为q，从平行板右侧离开时偏转距离为y，则下列说法正确的是（　　）A．y与q成正比 B．y与q成反比 C．y与成正比 D．y与成反比2．在平行于纸面内的匀强电场中，有一电荷量为q的带正电粒子，仅在电场力作用下，粒子从电场中A点运动到B点，速度大小由变为，粒子的初、末速度与AB连线的夹角均为30°，如图所示，已知A、B两点间的距离为d，则该匀强电场的电场强度为（　　）A．，方向竖直向上B．，方向斜向左下方C．，方向竖直向上D．，方向斜向左下方 3．如图所示，直角三角形AOB（其两直角边OA=OB=），处于足够大的匀强电场中，电场方向与三角形所在平面平行。带正电的粒子在三角形平面内，从A点沿垂直于AO方向以速度v射出（如图），运动过程中经过B点，且粒子运动到B点时速度大小仍为v 。若O点电势为零，A点电势为，粒子的重力忽略不计，下列说法中正确的有（　　）A．B点的电势为B．粒子的比荷为C．电场强度大小为D．粒子由A点运动到B点的过程中，电势能先增大后减小4．如图所示，在绝缘的斜面上方存在着沿水平向右的匀强电场，斜面上的带电金属块沿斜面滑下。已知在下滑的过程中，金属块动能增加了12J，金属块克服摩擦力做功8J，重力做功24J，下列判断中正确的是（　　）A．金属块带负电 B．金属块的机械能减少12JC．金属块克服电场力做功8J D．金属块的电势能增加4J5．如图所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹。粒子先经过M点，再经过N点。下列判断正确的是（　　）A．该粒子带正电B．粒子在M点的速度小于N点的速度C．粒子在M点的加速度大于N点的加速度D．粒子在M点的电势能小于N点的电势能6．如图所示，绝缘光滑的半圆轨道位于竖直平面，竖直向下的匀强电场E穿过其中，在轨道的上缘有一个质量为m，带电量为+q的小球，由静止开始由半圆形轨道的顶点沿轨道运动，下列说法正确的是（　　）A．小球运动过程中机械能守恒B．小球在轨道最低点时速度最大C．小球在最低点对轨道的压力为mg+qED．小球在最低点对轨道的压力为3（mg+qE）  7．负离子具有优化空气和医疗保健作用，能够给人们提供一个清新洁净的呼吸环境，有效改善大脑功能，增强机体免疫力。双极电晕放电技术是人工产生负离子的常用方法之一。如图所示，针状负极和正极之间加上直流高电压，使空气发生电离产生一价的负离子。针状负极与正极间距，可视为匀强电场，电子电荷量。(1)求两极间电场对一价负离子的作用力大小；(2)若一价负离子从负极被吸附到正极，判断其电势能增大还是减小？并求电势能变化量的大小。8．科技在我国的“蓝天保卫战”中发挥了重要作用，某科研团队设计了一款用于收集工业生产中产生的固体颗粒的装置，其原理简图如图所示。固体颗粒通过带电室时带上正电荷，颗粒从A点无初速度地进人加速区，经B点进入径向电场区，沿圆弧BC运动，再经C点竖直向下进人偏转电场区，最终打在竖直收集挡板上的G点。建立如图所示坐标系，带电室、加速区、径向电场区在第二象限，偏转电场区和挡板在第四象限。已知固体颗粒的比荷为10-3 C/kg，加速区板间电压为U=2×103V，圆弧BC上各点的场强大小相同且为E1=2.5×104V/m，方向都指向圆弧BC的圆心D点，偏转电场大小为E2=4×104V/m，方向水平向右，挡板距离y轴0.2m。不计重力、空气阻力及颗粒间的作用力，求：(1)带电固体颗粒离开加速区的速度大小及圆弧BC的半径；(2)G点与x轴之间的距离。9．长为L的平行金属板水平放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场。一个带电荷量为+q、质量为m的带电粒子，以初速度紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从下极板边缘射出，射出时速度恰与下极板成30°角，如图所示，不计粒子重力，求：(1) 粒子从下极板边缘射出时的速率；(2) 匀强电场的电场强度大小。10．如图，质量m＝0.08kg，电荷量q＝1.6×10-6C的带正电(可视为质点)小球，用一根L=0.8m的绝缘细线悬挂于O点。将小球拉至A点由静止释放， A、O两点在同一水平线上且细线拉直，O点距水平地面高h＝1.6m，整个装置处在方向水平向左场强大小E＝3.75×105V/m的匀强电场中。重力加速度g＝10m/s2。求: (1)小球到达O点正下方B时对细绳的拉力大小；(2)若小球到B点时，细绳恰好断掉，求小球落地时距B点的水平距离。11．如图所示，光滑绝缘水平面AB与竖直放置半径为R的光滑绝缘半圆弧BC在B点平滑连接，在水平面AB上方，存在电场强度的水平方向匀强电场。一可视为质点带电量为+q的小球从距B点4R的D点无初速释放，从C点飞出后落在水平面上的H点。小球质量为m，重力加速度为g。求：(1)小球运动到B点的速度大小；(2)小球运动到C点时，轨道对小球压力的大小；12．如图所示，绝缘平板A静置于水平面上，带电荷量q=2×10-4C的物块B（可视为质点）置于平板最左端。平板质量M=2kg，物块质量m=1kg，物块与平板间动摩擦因数μ1=0.5，平板与水平面间动摩擦因数μ2=0.1，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。t=0时，空间提供水平向右的匀强电场（图中未画出），场强大小为E=5×104N/C；t=1s时，电场反向变为水平向左，场强大小不变；t=1.5s时，撤去电场。整个过程中物块的电荷量保持不变，物块始终未离开平板，不计空气阻力，不考虑因电场变化产生的磁场影响，重力加速度取g=10m/s2.求：(1)t=ls时，物块和平板的速度大小；(2)平板长度至少为多少？(3)整个过程中，电场力对物块所做的总功。13．如图所示虚线左侧有一场强为的匀强电场，在两条平行的虚线和之间存在着宽为L、电场强度为的匀强电场，在虚线右侧相距为L处有一个电场平行的屏。现将一电子（电荷量为e，质量为m）由A点无初速释放，A点到的距离为，最后电子打在右侧的屏上，连线与屏垂直，垂足为O，求：(1)电子刚进入区域时的速度；(2)电子刚射出电场时的速度方向与连线夹角的正切值；(3)电子打到屏上的点到点O的距离Y。14．如图所示，ACB是一条足够长的绝缘水平轨道，轨道CB处在方向水平向右、大小E=2.5×106 N/C的匀强电场中，一质量m=0.5kg、电荷量q=-2.0×10-6C的可视为质点的小物体，从距离C点L0=4.0m的A点处，在拉力F=4.0N的作用下由静止开始向右运动，当小物体到达C点时撤去拉力，小物体滑入电场中。已知小物体与轨道间的动摩擦因数μ=0.6，g取10m/s2求：(1)小物体刚要进入电场前经过C点时的速度大小；(2)小物体在电场中运动的时间。15．粗糙绝缘水平面和光滑、绝缘、足够长的斜面（倾角37°）连接如图所示，连接点是A，整个空间有方向水平向右的匀强电场，一质量为m=0.1kg的带正电小球从水平面的B点由静止开始运动，BA=1.6m，小球和水平面间的动摩擦因数为0.25，小球所受的电场力是重力的四分之三，小球在通过A的前后速率不变。g=10m/s2求：(1)小球第一次到达A点时的速度大小；(2)小球从B点出发后经1.3秒，小球电势能的变化量。16．如图所示，匀强电场场强大小为E，方向与水平方向夹角为θ=30°，场中有一质量为m，电荷量为q的带电小球，用长为L的细线悬挂于O点。当小球静止时，细线恰好水平。现用一外力将小球沿圆弧缓慢拉到竖直方向最低点，小球电荷量不变，求在此过程中：(1)外力所做的功；(2)带电小球的重力势能改变；(3)带电小球的电势能改变。17．如图1所示，足够长的绝缘水平面上在相距的空间内存在水平向左的匀强电场E，质量、带电量的滑块（视为质点）以的初速度沿水平面向右进入电场区域，滑块与水平面间的动摩擦因数，设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。（g取10m/s2）求：(1)当时滑块向右滑行的最大距离和滑块在水平面上滑行的总距离；(2)为使滑块不能离开电场区域，电场强度E的取值范围多大；(3)如果滑块能离开电场区域，试求出电场力对滑块所做的功W与电场力F的函数关系，并在图2上画出功W与电场力F的图像。18．如图所示的装置放置在真空中，炽热的金属丝可以发射电子，金属丝和竖直金属板之间加一电压，发射出的电子被加速后，从金属板B上的小孔S水平射出，装置右侧有两个相同的平行金属极板水平正对放置，板长，相距，两极板间加一电压的偏转电场，且D极板电势高于C极板。为平行板的水平中线。为电子接收屏，平行板的右端与的水平距离也为。在平行板右端与之间分布竖直向下的匀强电场。已知电子的电荷量，电子的质量，设电子刚离开金属丝时的速度为0，忽略金属极板边缘对电场的影响，不计电子受到的重力。(1)求电子经过小孔S的速度大小；(2)求电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量y；(3)若电子打在接收屏上的O点，求匀强电场的电场强度的大小。19．一重力忽略不计的质量为m的负电荷q从静止开始经电压为U的电场加速，沿直线垂直进入另一个电场强度为E的偏转匀强电场并离开，已知偏转电极长为L。求：(1)电荷q经过电压U加速后的速度v0的大小；(2)电荷q在偏转电场中运动的加速度a的大小；(3)电荷q离开偏转电场时的速度v（方向用正切值表示）。 20．如图所示，有一圆心为O，半径为R的圆，AB 为圆的直径，在圆形区域所在空间有匀强电场。将质量为 m，电荷量为 q的正点电荷由A 点静止释放，自圆周上的 C点以速率v0穿出，已知AC与AB的夹角θ=60°，运动中点电荷仅受电场力的作用，则匀强电场的场强大小为______；若将该点电荷从A点移到圆周上的任意一点，则其中点电荷电势能变化的最大值是______。
参考答案1．C【详解】带电粒子在电场中做类平抛运动，有故选C。2．D【详解】设该匀强电场的电场强度E在水平方向的分量是E1，此方向上，粒子的速度由2v0变成即，可知E1的方向是水平向左，由牛顿第二定律及运动学公式得    设该匀强电场的电场强度E在竖直方向的分量是E2，此方向上，粒子的速度由零变成即，可知E2的方向竖直向下，由牛顿第二定律及运动学公式得则该匀强电场的电场强度大小是方向：斜向左下方。ABC错误，D正确。故选D。3．AD【详解】A．带电粒子在电场中仅在电场力的作用下运动时，根据能量守恒知，电势能与动能相互转化，两者总和保持不变，粒子在A、B两点的速度大小相等，动能相等，则电势能也相等，所以B点与A点的电势相等，即B点的电势为，A正确；BC．AB连线是一条等势线，则画出电场线如图所示O点电势为零，、两点间的电势差，、两点沿电场方向的距离为则电场强度大小为等腰直角三角形直角边边长为，则斜边长度为，将粒子的速度分解为沿电场方向和垂直于电场方向，则垂直于电场方向有可得粒子从点运动到点的时间为在电场线方向有解得.BC错误；D．粒子由点运动到点，电场力先做负功，后做正功。则电势能先增大后减小，D正确。故选AD。4．BD【详解】在金属块滑下的过程中动能增加了12J，金属块克服摩擦力做功8J，重力做功24J，根据动能定理得解得A．由于金属块下滑，电场力做负功，电场力应该水平向右，所以金属块带正电荷，故A错误；B．在金属块滑下的过程中重力做功24J，重力势能减小24J，动能增加了12J，所以金属块的机械能减少12J，故B正确；C．金属块克服电场力做功4J，故C错误；D．金属块克服电场力做功4J，金属块的电势能增加4J，故D正确。故选BD。5．AB【详解】A．曲线运动的轨迹应当夹在速度和外力的之间，由此可以判定，粒子所受的电场力是向下的，即粒子带正电，故A正确；BD．粒子从M点运动到N点，电场力做了正功，粒子的动能增大，电势能减小，所以粒子在M点的速度小于N点的速度，在M点的电势能大于N点的电势能，故B正确，D错误；C．由电场线的疏密程度可以判定，M点的场强小于N点的场强，所以粒子在M点的加速度小于N点的加速度，故C错误。故选AB。6．BD【详解】A．小球在运动过程中，除重力外，电场力做功，小球的机械能不守恒，故A错误；B．小球运动到环的最低点过程中合外力一直做正功，动能增加，从最低点向最高点运动过程中，合外力做负功，动能减小，在最低点小球动能最大，速度最大，故B正确；CD．小球由静止开始下滑的过程中，由动能定理得小球经过最低点时，由重力、电场力和轨道的支持力的合力提供向心力，则有联立可得轨道对小球的支持力则由牛顿第三定律知小球经过最低点时对轨道的压力：故C错误，D正确。故选BD。7．(1)；(2)减小，【详解】(1)由电势差与电场强度的关系得电子受到的电场力为(2)分析可知，电场力对电子做正功，电势能减小。其变化量大小为8．(1)2m/s，0.16m；(2)0.2m【详解】(1)从A到B的加速过程则解得从B到C的过程，固体颗粒受到的径向电场力提供向心力解得(2)在C到G过程固体颗粒做类平抛运动则，，解得9．(1)；(2) 【详解】（1）粒子在匀强电场中做类平抛运动，射出时速度（2）在水平方向上在竖直方向上由牛顿第二定律得解得10．(1) 1.2N；(2) 0.2m【详解】(1)从A到B，由动能定理有mgL-EqL=代入数据得v＝2m/s，在B点，由牛顿第二定律有FT-mg＝代入数据解得FT＝1.2N，由牛顿第三定律知，小球在C点对绳子拉力大小为1.2N。(2)小球离开B点后，竖直方向做自由落体运动，水平方向做匀减速运动，在竖直方向代入数据得t=0.4s，在水平方向有qE=ma代入数据得a=7.5m/s2，小滑块落地时距O点的水平距离代入数据解得x=0.2m。11．(1) ；(2) 【详解】(1)由动能定理得解得(2)由动能定理得在C点由牛顿第二定律得解得12．（1），；（2）；（3）【详解】（1）t=ls时，对于物块解得对于平板解得物块的速度平板的速度（2）在t=ls内， 物块相对平板的位移为t=1s时，电场反向变为水平向左，场强大小不变，物块加速度解得历时t1物块与平板达到共同的速度，则解得物块相对平板的位移分析可知，随后物块相对平板向左运动，所以平板 长度至少为（3）物块与平板达到共速v后，物块相对平板向左运动，物块的加速度大小为解得物块从v减为0 经历的时间即t=1.5s时，撤去电场时，物块的速度恰好为0，整个过程中电场力对物块做总功为13．(1)；(2)2；(3)3L【详解】(1)设电子到达虚线时的速度为，根据动能定理可知解得(2)电子在虚线和之间的运动做类似平抛运动L=v0t联立解得(3)电子离开电场后做匀速运动，如图所示点P'到点O的距离为Y，则电子在电场方向上偏转的距离为得14．(1)；(2)【详解】(1)对小物体在拉力F的作用下由静止开始从A点运动到C点过程，应用动能定理得解得(2)小物体进入电场向右减速的过程中，加速度大小小物体向右减速的时间小物体在电场中向右运动的距离由于，所以小物体减速至0后反向向左加速，直到滑出电场，小物体向左加速的加速度大小小物体在电场中向左加速的时间小物体在电场中运动的时间15．(1)4m/s；(2)减小2.4J【详解】(1)由B点到A点由动能定理其中解得vA=4m/s(2) 由B点到A点加速度则用时间 物体滑上斜面时的加速度可知滑块在斜面上匀速上滑，则再经过t2=1.3s-0.8s=0.5s时沿斜面向上的位移为x=vAt2=2m小球从B点出发后经1.3秒，电场力对小球做功则小球电势能减小2.4J。16．（1）；（2）；（3）【详解】(1)根据题意，可判断小球带正电，根据受力平衡可得用一外力将小球沿圆弧缓慢拉到竖直方向最低点的过程中小球做匀速运动，电场力做负功重力做正功根据动能定理联立解得(2)因为重力做正功，所以重力势能减小了，减小了(3)因为电场力做负功，所以电势能增加，增加了17．(1)0.89m和2m；(2)；(3)，，【详解】(1)小滑块在摩擦力和电场力的作用下，向右做匀减速直线运动，设加速度为a，依题意和牛顿第二定律，有解得因则滑块速度减为零后反向运动，出离电场后停止时，由动能定理解得则滑块在水平面上滑行的总距离  (2)若小滑块不会从右侧离开电场区域，由匀变速直线运动规律，有联立以上四式代入数据解得若小滑块不会从左侧离开电场区域，必须满足 于是可得即电场强度的范围(3)如果小滑块会离开电场区域，电场力F必须满足:F=qE=1×10-7×106≤0.1N 或 F=qE=1×10-7×4×106＞0.4N若，小滑块将从右侧离开电场区域，此过程小滑块在电场中的位移为，则电场力做功若小滑块将从左侧离开电场区域，此过程小滑块在电场中的位移为，电场力做功为0，即所以电场力对滑块所做的功与电场力的关系图象如下图所示：18．(1)；(2)；(3)【详解】(1)根据动能定理得(2)在偏转电场中，水平匀速运动竖直匀加速运动竖直方向得侧移量，得(3)离开后，水平方向仍为匀速在离开瞬间竖直分速度在电场中，加速度由运动学公式得19．(1)；(2)；(3)，【详解】(1)粒子经过加速电场时加速，由动能定理可得得(2)电荷q在偏转电场中运动的加速度a的大小(3)粒子垂直进入偏转电场做类平抛运动，把其分解为水平方向的匀速直线运动，竖直方向的匀加速直线运动，当飞出偏转电场时，该粒子在竖直方向的分速度为则则有20．        【详解】[1]点电荷从A点由静止释放，则在电场力作用下将做匀变速直线运动，则从A到C由动能定理解得[2]由题意可知，场强方向沿AC方向，则过圆心做AC的平行线，则交圆周与D点，从A点到D点电势差最大，电势能变化最大，则