北京专用2019版高考物理一轮复习第九章静电场第4讲带电粒子在电场中的运动检测.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 4 讲 带电粒子在电场中的运动 基础巩固 1.(2017 北京朝阳期末 ,1)关于 “ 电子伏特 (符号 :eV)”, 属于下列哪一物理量的单位 ( ) A.电荷量 B.电压 C.电流 D.能量 2.(2017 北京丰台一模 ,17)质量不同、电荷量相同的粒子 ,不计重力 ,垂直于电场线射入同一个匀强电场。若它们离开电场时速度方向改变的角度相同 ,则它们在进入电场前必然具有相同的 ( ) A.速度 B.动量 C.动能 D.动量或动能均可以 3.(2016 北京丰台一模 ,19)示波器是一种电子仪器 ,可以用它观察电信号随时间变化的情 况。示波器的核心部件示波管由

2、电子枪、偏转电极和荧光屏组成 ,其原理图如图甲所示。图乙是从右向左看到的荧光屏的平面图。在偏转电极 XX、 YY上都不加电压时 ,电子束将打在荧光屏的中心点 ;若亮点很快移动 ,由于视觉暂留关系 ,能在荧光屏上看到一条亮线。若在 XX上加如图丙所示的扫描电压 ,在 YY上加如图丁所示的信号电压 ,则在示波管荧光屏上看到的图形是选项图中的 ( ) 4.(2016 北京西城期末 ,10)如图所示 ,在真空中有一对带电的平行金属板水平放置。一带电粒子沿平行于板面的方向 ,从左侧两极板中央射入电场 中 ,恰能从右侧极板边缘处离开电场。不计粒子重力。若可以改变某个量 ,下列哪种变化 ,仍能确保粒子一定飞

3、出电场 ( ) A.只增大粒子的带电荷量 【 精品教育资源文库 】 B.只增大电场强度 C.只减小粒子的比荷 D.只减小粒子的入射速度 5.带有等量异种电荷的两平行金属板水平放置 ,a、 b、 c 三个 粒子 (重力忽略不计 )先后从同一点 O垂直电场方向进入电场 ,其运动轨迹如图所示 ,其中 b恰好沿下极板的边缘飞出电场。下列说法正确的是 ( ) A.b 在电场中运动的时间大于 a在电场中运动的时间 B.b 在电场中运动的时间等于 c在电场中运动的 时间 C.进入电场时 c的速度最大 ,a的速度最小 D.a 打在负极板上时的速度与 b飞离电场时的速度大小相等 6.如图所示 ,带等量异号电荷

4、的两平行金属板在真空中竖直放置 ,M、 N为板间同一电场线上的两点。一带电粒子 (不计重力 )以速度 vM经过 M点沿电场线向右运动 ,且未与右侧金属板接触 ,一段时间后 ,粒子以速度 vN向左经过 N点 ,则 ( ) A.电场中 M点的电势一定高于 N点的电势 B.粒子受到的电场力一定由 M点指向 N点 C.粒子在 M点的速度一定比在 N点的速度大 D.粒子在 M点的电势能一定比在 N点的电势能大 7.(2018北京海淀期末 ,15,9分 )示波器的核心部件是示波管 ,其内部抽成真空 ,如图是它内部结构的简化原理图。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。炽热的金属丝可以连续发射电子 ,电子质量为

5、 m,电荷量为 e。发射出的电子由静止经电压 U1加速后 ,从金属板的小孔 O射出 ,沿 OO进入偏转电场 ,经偏转电场后打在荧光屏上。偏转电场是由两个平行的相同金属极板 M、 N组成 ,已知极板的长度为 l,两板间的距离为【 精品教育资源文库 】 d,极板间电压为 U2,偏转电场极板的右端到荧光屏的距离为 L。不计电子受到的重力和电子之间的相互作用。 (1)求电子从小孔 O穿出时的速 度大小 v0; (2)求电子离开偏转电场时沿垂直于板面方向偏移的距离 y; (3)若将极板 M、 N间所加的直流电压 U2改为交变电压 u=Um sin t,电子穿过偏转电场的时间远小于交流电的周期 T,且电

6、子能全部打到荧光屏上 ,求电子打在荧光屏内范围的长度 s。 综合提能 1.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 2.如图 ,两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间 a 点从静止释放一带电微粒 ,微粒恰好保持静止状态。现将两板绕过 a点的轴 (垂直于纸面 )逆时针旋转 45, 再由 a点从静止释放一同样的微粒 ,该微粒将( ) 【

7、 精品教育资源文库 】 A.保持静止状态 B.向左上方做匀加速运动 C.向正下方做匀加速运动 D.向左下方做匀加速运动 3.如图 ,场强大小为 E、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域 abcd,水平边 ab长为 s,竖直边 ad长为h。质量均为 m、带电荷量分别为 +q和 -q的两粒子 ,由 a、 c两点先后沿 ab和 cd方向以速率 v0进入矩形区 (两粒子不同时出现在电场中 )。不计重力。若两粒子轨迹恰好相切 ,则 v0等于 ( ) A. B. C. D. 4.(2017北京海淀零模 ,24,20分 )用静电的方法来清除空气中的灰尘 ,需要首先设法使空气中的灰尘带上一定的电荷 ,然后利用

8、静电场对电荷的作用力 ,使灰尘运动到指定的区域进行收集。为简化计算 ,可认为每个灰尘颗粒的质量及其所带电荷量均相同 ,设每个灰尘颗粒所带电荷量为 q,其所受空气阻力与其速度大小成正比 ,表达式为 F 阻 =kv(式中 k为大于 0的已知常量 )。由于灰尘颗粒的质量较小 ,为简化计算 ,灰尘颗粒在空气中受电场力作用后达到电场力与空气阻力相等的过程所用的时间及通过的位移均可忽略不计 ,同时也不计灰尘颗粒之间的作用力及灰尘颗粒所受重力的影响。 (1)有一种静电除尘的设计方案是这样的 ,需要除尘的空间是一个高为 H的绝缘圆桶形容器的内部区域 ,将一对与圆桶半径相等的圆形薄金属板平行置于圆桶的上、下两端

9、 ,恰好能将圆桶封闭 ,如图甲所示。在圆桶上、下两金属板间加上恒定的电压 U(圆桶内空间的电场可视为匀强电场 ),便可以在一段时间内将圆桶 区域内的带电灰尘颗粒完全吸附在金属板上 ,从而达到除尘的作用。求灰尘颗粒运动可达到的最大速率 ; 【 精品教育资源文库 】 (2)对于一个待除尘的半径为 R的绝缘圆桶形容器内部区域 ,还可以设计另一种静电除尘的方案 :沿圆桶的轴线有一根细直导线作为电极 ,紧贴圆桶内壁加一个薄金属桶作为另一电极。在直导线电极外面套有一个由绝缘材料制成的半径为 R0的圆桶形保护管 ,其轴线与直导线重合 ,如图乙所示。若在两电极间加上恒定的电压 ,使得桶壁处电场强度的大小恰好

10、等于第 (1)问的方案中圆桶内电场强度的大小 ,且已知此方案中沿圆桶半径方向电场强度大小 E的分布情 况为 E ,式中 r为所研究的点与直导线的距离。 试通过计算分析 ,带电灰尘颗粒从保护管外壁运动到圆桶内壁的过程中 ,其瞬时速度大小 v和其与直导线的距离 r之间的关系 ; 对于直线运动 ,教科书中讲解了由 v-t图像下的面积求位移的方法。请你借鉴此方法 ,利用 v随 r变化的关系 ,画出 随 r变化的图像 ,根据图像的面积求出带电灰尘颗粒从保护管外壁运动到圆桶内壁的时间。 5.(2017北京海淀二模 ,24,20分 )光电效应现象中逸出的光电子的最大初动能不容易直接测量 ,可以利用转换测量量

11、的方法进行测量。 (1)如图甲所示为研究某光电管发生光电效应的电路图 ,当用频率为 的光照射金属阴极 K时 ,通过调节光电管两端电压 U,测量对应的光电流 I,绘制了如图乙所示的 I-U图像。根据图像求光电子的最大初动能 Ekm和阴极金属的逸出功 W。已知电子所带电荷量为 e,图像中 Uc、 Im、入射光的频率 及普朗克常量 h均为已知量。 【 精品教育资源文库 】 (2)有研究者设计了如下的测量光电子最大初动能的方法。研究装置如图丙所示 ,真空中放置的两个平行正对金属板可以作为光电转换装置。用频率一定的细激光束照射 A板中心 O,板中心 O点附近将有大量的电子吸收光子的能 量而逸出。 B板

12、上涂有特殊材料 ,当电子打在 B板上时会在落点处留有可观察的痕迹。若认为所有逸出的电子都以同样大小的速度从 O点逸出 ,且沿各个不同的方向均匀分布 ,金属板的正对面积足够大 (保证所有逸出的电子都不会射出两极板所围的区域 ),光照条件保持不变。已知 A、 B两极板间的距离为 d,电子所带电荷量为 e,电子所受重力及它们之间的相互作用力均可忽略不计。 通过外接可调稳压电源给 A、 B两极板间加上一定的电压 ,A板接电源的负极 ,由 O点逸出的电子打在 B 板上的最大区域范围为一个圆形 ,且圆形的半径随 A、 B两极板间的电压变化而改变 。通过实验测出了一系列 A、 B两极板间的电压值 U与对应的

13、电子打在 B 板上的最大圆形区域半径 r的值 ,并画出了如图丁所示的 r2- 图像 ,测得图线的斜率为 k。请根据图像 ,通过分析计算 ,求出电子从 A板逸出时的初动能 ; 若将 A板换为另一种金属材料 ,且将其与可调稳压电源的正极连接 ,B板与该电源的负极连接 ,当两极板间电压为 U0时 ,电子打在 B板上的最大区域范围仍为一个圆 ,测得圆的半径为 R。改变两极板间的电压大小 ,发现电子打在 B板上的范围也在发生相应的变化。为使 B板上没有电子落点的痕迹 ,试通过计算分析两金属板间的电压需满足什么 条件 ? 【 精品教育资源文库 】 答案精解精析 基础巩固 1.D 电荷量的单位库仑 ,简称

14、库 ,用 C表示 ,A错误 ;电压的单位伏特 ,简称伏 ,用 V表示 ,B错误 ;电流的单位安培 ,简称安 ,用 A表示 ,C错误 ;一个电子经过 1伏特的电势差加速后所获得的动能为 1电子伏特 (1 eV),是能量的单位 ,D 正确。 2.C 如图所示 ,设电场区域宽为 L,电场强度大小为 E,粒子带电荷量为 +q,质量为 m,进入电场时的速度为v0,出电场时的速度为 v,在电场中的运动时间为 t 由类平抛运动规律可知 L=v0t tan = vy=at a= 由以上各 式解得 tan = ,上式表明 :若粒子离开电场时速度方向改变的角度相同 ,它们应具有相同的动能 ,故 C项正确。 3.A 因水平方向 XX所加电压可使电子在水平方向移动 ,竖直方向 YY所加电压可使电子在竖直方向移动 ,所以 A选项正确 ,B、 C、 D 选项错误。 4.C 设两极板间的距离为 d,由题意知粒子的偏移量 y= ,因 y= at2= ( )2,要使粒子能飞出电场 ,可以减小带电荷量或电场强度 ,或者减小比荷 ,或者增大初速度 ,故 C正确。 5.C a、 b相比较 ,竖直偏移量相同 ,即 y= t2相同 ,得 ta=tb,A错误 ;由题知 粒子做类平抛运