2019高中物理 第二章 電場與示波器 2.5 探究電子束在示波管中的運(yùn)動練習(xí)（含解析）滬科選修3-1.docx

探究電子束在示波管中的運(yùn)動一、選擇題（一）1.下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)過電壓為U的電場加速后,粒子速度最大的是()A.質(zhì)子B.氘核C.粒子D.鈉離子Na+解析:由qU=12mv02得v0=2qUm,比荷越大的粒子,獲得的速度越大,質(zhì)子的比荷最大,選項(xiàng)A正確。答案:A2.如圖所示,質(zhì)子(11H)和粒子(24He)以相同的初動能垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(粒子不計重力),則這兩個粒子射出電場時的側(cè)位移y之比為()A.11B.12C.21D.14解析:由y=12EqmL2v02和Ek0=12mv02得y=EL2q4Ek0,可知,y與q成正比,選項(xiàng)B正確。答案:B3.如圖所示是一個示波管工作的原理圖,電子經(jīng)過加速后以速度v0垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,離開電場時偏轉(zhuǎn)量是h,兩平行板間距離為d,電勢差為U,板長為l,每單位電壓引起的偏移量(hU)叫示波管的靈敏度。若要提高其靈敏度,可采用下列哪種辦法()A.增大兩極板間的電壓B.盡可能使板長l做得短些C.盡可能使板間距離d減小些D.使電子入射速度v0大些解析:豎直方向上電子做勻加速運(yùn)動,有h=12at2=qUl22mdv02,則有hU=ql22mdv02,可判斷選項(xiàng)C正確。答案:C4.(多選)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(jìn)入電場,當(dāng)M、N間電壓為U時,粒子恰好能達(dá)到N板。如果要使這個帶電粒子到達(dá)M、N板間距的12后返回,下列措施中能滿足要求的是(不計帶電粒子的重力)()A.使初速度減為原來的12B.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12解析:由題意知,帶電粒子在電場中做減速運(yùn)動,在粒子恰好能到達(dá)N板時,由動能定理可得-qU=-12mv02要使粒子到達(dá)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=-12mv12聯(lián)立兩方程得U12U=v12v02可見,選項(xiàng)B、D均符合等式的要求。答案:BD5.如圖所示,質(zhì)量相同的兩個帶電粒子P、Q以相同的速度沿垂直于電場方向射入兩平行板間的勻強(qiáng)電場中,P從兩極板正中央射入,Q從下極板邊緣處射入,它們最后打在同一點(diǎn)(重力不計),則從開始射入到打到上板的過程中()A.它們運(yùn)動的時間tQ>tPB.它們運(yùn)動的加速度aQ<aPC.它們的電荷量之比qPqQ=12D.它們的動能增加量之比EkPEkQ=12解析:設(shè)P、Q兩粒子的初速度是v0,加速度分別是aP和aQ,粒子P到上極板的距離是h2,它們類平拋的水平距離為l。則對P,由l=v0tP,h2=12aPtP2,得到aP=hv02l2,同理對Q,l=v0tQ,h=12aQtQ2,得到aQ=2hv02l2。同時可見tP=tQ,aQ=2aP,而aP=qPEm,aQ=qQEm,可見,qPqQ=12。由動能定理,它們的動能增加量之比EkPEkQ=maPh2maQh=14。答案:C6.平行板間有圖甲的周期性變化的電壓。重力不計的帶電粒子靜止在平行板中央,從t=0時刻開始將其釋放,運(yùn)動過程中無碰板情況。在圖乙的圖像中,能正確定性描述粒子運(yùn)動的速度圖像的是()甲乙解析:0T2時間內(nèi)粒子做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,T2T時間內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動,由對稱性可知,在T時刻速度減為零。此后周期性重復(fù),故選項(xiàng)A正確。答案:A7.(多選)一個質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球以初速度v0水平拋出,在小球經(jīng)過的豎直平面內(nèi),存在著若干個如圖所示的無電場區(qū)和有理想上下邊界的勻強(qiáng)電場區(qū),兩區(qū)域相互間隔、豎直高度相等,電場區(qū)水平方向無限長,已知每一電場區(qū)的電場強(qiáng)度大小相等、方向均豎直向上,不計空氣阻力,下列說法中正確的是()A.小球在水平方向一直做勻速直線運(yùn)動B.若電場強(qiáng)度大小等于mgq,則小球經(jīng)過每一電場區(qū)的時間均相同C.若電場強(qiáng)度大小等于2mgq,小球經(jīng)過每一無電場區(qū)的時間均相同D.無論電場強(qiáng)度大小如何,小球通過所有無電場區(qū)的時間均相同解析:無論在豎直方向上如何運(yùn)動,小球在水平方向上不受力,做勻速直線運(yùn)動;如果電場強(qiáng)度等于mgq,則小球在通過每一個電場區(qū)時在豎直方向上都做勻速直線運(yùn)動,但是在無電場區(qū)是做加速運(yùn)動,所以進(jìn)入每一個電場區(qū)時在豎直方向上的速度逐漸增加,通過時間逐漸變短;如果電場強(qiáng)度的大小等于2mgq,小球經(jīng)過第一電場區(qū)時在豎直方向上做減速運(yùn)動,到達(dá)第一電場區(qū)的底邊時豎直方向上的速度恰好為零,如此往復(fù),通過每個電場區(qū)域的時間都相等。答案:AC二、非選擇題（一）8.如圖所示,帶負(fù)電的小球靜止在水平放置的平行板電容器兩板間,距下板0.8 cm,兩板間的電勢差為300 V,如果兩板間電勢差減小到60 V,則帶電小球運(yùn)動到極板上需多長時間?解析:取帶電小球?yàn)檠芯繉ο?設(shè)其質(zhì)量為m、電荷量為q,帶電小球受重力mg和向上的靜電力qE的作用。當(dāng)U1=300V時,小球平衡:mg=qU1d當(dāng)U2=60V時,重力大于靜電力,帶電小球向下板做勻加速直線運(yùn)動,由牛頓第二定律得mg-qU2d=ma又h=12at2由以上各式化簡得t=2U1h(U1-U2)g代入數(shù)據(jù)得t=4.510-2s。答案:4.510-2 s三、選擇題（二）1.(2014山東青島檢測)一平行板電容器的兩個極板水平放置,兩極板間有一電荷量不變的小油滴,油滴在極板間運(yùn)動時所受到的空氣阻力的大小與其速率成正比。若兩極板間的電壓為零,經(jīng)一段時間后,油滴以速率v勻速下降;若兩極板間的電壓為U,經(jīng)一段時間后,油滴以速度v勻速上升;若兩極板間的電壓為-U,油滴做勻速運(yùn)動時速度的大小、方向?qū)⑹?)A.2v、向下B.2v、向上C.3v、向下D.3v、向上解析:當(dāng)兩極板間的電壓為零時,油滴可以速率v勻速下降,有mg=kv(kv為油滴所受到的空氣阻力);當(dāng)兩極板間的電壓為U時,油滴可以速率v勻速上升,有F電=mg+kv(F電為油滴在極板間所受到的電場力,方向豎直向上),所以F電=2mg;當(dāng)兩極板間的電壓為-U時,油滴在極板間所受到的電場力方向豎直向下,油滴要勻速運(yùn)動,則有mg+F電=kv,綜合以上分析:v=3v,方向豎直向下。故選項(xiàng)C正確。答案:C2.(多選)(2014遼寧遼陽期中檢測)如圖所示,A板發(fā)出的電子經(jīng)加速后,水平射入水平放置的兩平行金屬板間,金屬板間所加的電壓為U,電子最終打在光屏P上,關(guān)于電子的運(yùn)動,則下列說法中正確的是()A.滑片向右移動時,其他不變,則電子打在熒光屏上的位置上升B.滑片向左移動時,其他不變,則電子打在熒光屏上的位置上升C.電壓U增大時,其他不變,則電子打在熒光屏上的速度大小不變D.電壓U增大時,其他不變,則電子從發(fā)出到打在熒光屏上的時間不變解析:加速電壓U1,粒子經(jīng)加速電場:qU1=12mv2,進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后:y=qUl22mdv02,所以y=Ul24U1d?；蛴乙苿訒r,加速電壓減小,y變大,選項(xiàng)A錯誤;滑片向左移動時,加速電壓增大,y變小,選項(xiàng)B正確;電壓U增大時,在偏轉(zhuǎn)電場偏移距離增大,末速度增大,選項(xiàng)C錯誤;但不影響水平方向的運(yùn)動,故打在屏上的時間不變,選項(xiàng)D正確。故選B、D。答案:BD3.(多選)(2014河北正定期中檢測)一帶電粒子從兩平行金屬板左側(cè)中央平行于極板飛入勻強(qiáng)電場,且恰能從右側(cè)極板邊緣飛出,若粒子初動能增大一倍,要使它仍從右側(cè)邊緣飛出,則應(yīng)()A.將極板長度變?yōu)樵瓉淼?倍B.將極板長度變?yōu)樵瓉淼?倍C.將極板電壓變?yōu)樵瓉淼?倍D.將極板電壓減為原來的一半解析:粒子在沿板方向勻速運(yùn)動L=vt,垂直于板方向勻加速運(yùn)動y=d2=qu2mt2=quL22mv2=quL24Ek,要保持偏轉(zhuǎn)位移不變,則只有選項(xiàng)B、C可以。故選B、C。答案:BC4.(2014陜西寶雞檢測)如圖所示,質(zhì)量為m,電荷量為q的粒子,以初速度v0,從A點(diǎn)豎直向上射入真空中的沿水平方向的勻強(qiáng)電場中,粒子通過電場中B點(diǎn)時,速率vB=2v0,方向與電場的方向一致,則A、B兩點(diǎn)的電勢差為()A.mv022qB.3mv02qC.2mv02qD.3mv022q解析:在豎直方向做勻減速直線運(yùn)動2gh=v02電場力做正功、重力做負(fù)功使粒子的動能由mv022變?yōu)?mv02,則根據(jù)動能定理有Uq-mgh=2mv02-12mv02方程聯(lián)立解得A、B兩點(diǎn)間的電勢差為2mv02q,應(yīng)選C。答案:C四、非選擇題（二）5.(2014四川成都檢測)如圖所示,長L=0.4 m的兩平行金屬板A、B豎直放置,相距d=0.02 m,兩板間接入182 V的恒定電壓且B板接正極。一質(zhì)量m=9.110-31 kg,所帶電荷量e=1.610-19C的電子,以v0=4107 m/s的速度緊靠A板向上射入電場中,不計電子的重力。問:電子能否射出電場?若能,計算電子在電場中的偏轉(zhuǎn)距離;若不能,在保持電壓不變的情況下,B板至少平移多少,電子才能射出電場?解析:設(shè)電子能射出電場,則有t=Lv0=0.44107s=10-8sy=12at2=12eUmdt2解得y=0.08m>d,故不能射出。若恰能射出,則B板需向右平移d,板間距變?yōu)閐,則d=12eUmdt2解得d=teU2m=10-81.610-1918229.110-31m=0.04m故d=d-d=0.02m。答案:不能,向右平移0.02 m