高中物理人教版1第一章静电场第9节带电粒子在电场中的运动 全国优质课

第9节带电粒子在电场中的运动（满分100分，60分钟完成）班级_______姓名______目的要求：1．掌握带电粒子在电场中加速和偏转的规律；2．能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的加速和偏转问题。第Ⅰ卷(选择题共48分)一、选择题：本大题共6小题，每小题8分，共48分。在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确，选对的得8分，对而不全得4分。选错或不选的得0分。1．如图1所示，一束一价正离子流垂直于电场方向进入匀强电场，若它们飞出电场的偏向角相同，则可断定它们进入电场时 （）图1A．一定具有相同的质量图1 B．一定具有相同的速度 C．一定具有相同的动能 D．一定具有相同的动量2．如图2所示，一束带电粒子（不计重力）垂直电场方向进入偏转电场，试讨论以下情况中，粒子应具备什么条件下才能得到相同的偏转距离y和偏转角φ（U、d、L保持不变）（）图2A．进入偏转电场的速度相同图2 B．进入偏转电场的动能相同 C．进入偏转电场的动量相同 D．先由同一加速电场加速后，再进入偏转电场3．（）．t图3U0φ-U0Tt图3U0φ-U0T2TO．．图4EP1P2O4．一带正电的小球，系于长为的不可伸长的轻线一端，线的另一端固定在O点，它们处在匀强电场中，电场的方向水平向右，场强的大小为E。已知电场对小球的作用力的大小等于小球的重力。现先把小球拉到图中的P1处，使轻线拉直，并在场强方向平行，然后由静止释放小球。已知小球在经过最低点的瞬间，因受线的拉力作用，其速度的竖直分量突变为零，水平分量没有变化，则小球到达与P1点等高的图4EP1P2O A． B． C． D．05．如图5示，K为灯丝，通电加热后可发射电子，A为有中心小孔O1的金属板，A、K间加有电压U1，可使电子加速，C、D为相互平行的金属板，MN为荧光屏，当C、D间不加电压时，电子束打在荧光屏的O2点；当C、D之间加有电压U2时，电子束打在荧光屏上另外一点P，欲使P点距O2再近一点，以下哪些措施是可行的 （）图5 A．增大A、K之间距离图5 B．增大电压U1 C．增大C、D之间距离 D．增大电压U26．如图6所示，A、B是一对平行的金属板。在两板间加上一周期为T的交变电压U。A板的电势φA＝0，B板的电势φB随时间的变化规律为：在0到T/2的时间内，φB＝φ0（正的常数）；在T/2到T的时间内，φB＝－φ0；在T到3T/2的时间内，φB＝φ0；在3T/2到2T的时间内。φB＝－φ0……，现有一电子从A板上的小孔进入两板间的电场区内。设电子的初速度和重力的影响均可忽略，则 （）图6U A．若电子是在t＝0时刻进入的，图6U B．若电子是在t＝T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后打在B板上 C．若电子是在t＝3T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后打在B板上 D．若电子是在t＝T/2时刻进入的，它可能时而向B板、时而向A板运动 第Ⅱ卷（非选择题，共52分）二、填空、实验题：本大题共3小题，每小题8分，共24分。把正确答案填写在题中横线上或按要求作答。OEv0图77．如图7所示，在光滑水平面上的O点系一长为的绝缘细线，线的另一端系一质量为m、带电量为q的小球，当沿细线方向加上场强为E的匀强电场后，小球处于平衡状态，现给小球一垂直于细线的初速度v0使小球在水平面上开始运动，若v0OEv0图78．AE图8OBθ9．如图8所示，匀强电场方向水平向右，场强E＝×106V/m，丝线长l＝40cm，上端系于O点，下端系质量为m＝×10－4kg，电荷量为q＝＋×10－10C的小球，将小球从最低点A由静止释放，则小球摆到最高点B时丝线与竖直方向的夹角θ为___________。AE图8OBθ三、计算题：本大题共2小题，计28分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。Omθ图910.（12分）如图9示，在方向水平向右的匀强电场中，一不可伸长的不导电细线的一端连着一个质量为m的带正电的小球，另一端固定于OOmθ图911．（16分）真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场。在电场中，若将一个质量为m、带正电的小球由静止释放，运动中小球速度与竖直方向夹角为37º（取sin37º＝，cos37º＝）。 现将该小球从电场中某点以初速度v0竖直向上抛出。求运动过程中 （1）小球受到的电场力的大小及方向； （2）小球从抛出点至最高点的电势能变化量； （3）小球的最小动量的大小及方向。第9节带电粒子在电场中的运动参考答案一、选择题：1．【答案】C【点拨】因tanθ＝，质子和氘核的带电量q相同，只要mv02相同，或者说动能相同，θ就相同。2．【答案】D【点拨】偏转距离，偏转角。如果v0相同，还必须有比荷相同，y、φ才相同，A错误；如果相同，还必须有q相同，y、φ才相同，B错误；如果mv0相同，还必须有相同，y、φ才相同，C错误；设加速电压为U′，由，可得：，所以，此时不论带电粒子的m、q如何，只要经过同一加速电场加速，再垂直进入同一偏转电场，y和φ都相同。D正确。3．【答案】AC【点拨】4．【答案】B【点拨】小球的运动可分为三个过程：第一过程：小球沿直线做加速运动到达O点正下方的最低点。对于小球沿直线做加速运动到达O点正下方的最低点的过程，根据动能定理得：。第二过程：小球在经过最低点的瞬间，因受线的拉力作用，其速度的竖直分量突变为零，水平分量没有变化，求得：。第三过程：小球在经过最低点后做圆周运动到达P2。设小球在经过最低点后做圆周运动到达P2时的速度为v，根据动能定理得：，由以上各式解得：。B正确。5．【答案】BC【点拨】经加速有：，由偏转规律得，偏转角φ的正切为：＝。带电粒子离开电场时速度的反向延长线交于极板的中点，根据几何关系知，欲使P点距O2再近点，即使tanφ减小，B、C正确。6．【答案】AB【点拨】若电子在t＝0时刻进入，电子在0～向B板加速，在～T内，由对称性知电子在t＝T时恰减速至0，然后再重复前一周期内的运动，A正确；若电子在进入，在向B板加速，由对称性，在t＝时减速到0，在～T内反向加速，T～反向减速至0，再重复以上运动。粒子向B板运动距离大于反向向A板运动的距离，所以最后打在B板，B正确；同理可分析，在进入，电子会返回在A板小孔中穿出，C错误；在进入，进入以后即减速，因v0很小，电子马上返回小孔射出，D错误。二、填空、实验题：7．【答案】【点拨】小球沿场强方向的加速度为a＝，由于初速度v0很小，小球在水平面上做“类单摆运动”，周期Ｔ＝2π＝，题中所求时间为半周期。8．【答案】×1015；2∶1【点拨】n＝＝×1015个；设质子在与质子源相距l和4l的两处的速度分别为v1、v2，则＝＝。极短的相等长度质子流中质子数之比为：。9．【答案】74°【点拨】根据等效重力场分析，由已知电场力Fe＝qE＝，摆动到平衡位置时丝线与竖直方向成37º角，因此最大摆角为θ＝74º。三、计算题：10．【答案】【解析】由题给条件可知，小球受的电场力的方向水平向右。否则，带电小球将不会沿图圆弧向下运动而是先沿电场力和重力的合力方向沿斜向下做匀加速直线运动。对全过程由动能定理得：mglcosθ＝qEl（1＋sinθ）qEOAvqEOAvTmgT－mg＝当小球由A摆至最低点B时，由动能定理mgl－qEl＝联立解得：T＝。11．【答案】（1），水平向右；（2）减少；（3），与电场方向夹角为37º，斜向上。【解析】（1）根据题设条件，电场力大小Fe＝mgtan37º＝电场力的方向水平向右。（2）小球沿竖直方向做匀减速运动，根据运动学关系有：vy＝v0－gt沿水平方向做初速度为0的匀加速运动，加速度为：ax＝＝小球上升到最高点的时间t＝此过程小球沿电场方向的位移为：sx＝axt2＝电场力做功为W＝Fxsx＝。故小球上