10.5 带电粒子在电场中的运动（分层作业）（原卷版）

第5节带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中做直线运动1．在如图所示的匀强电场中，若一个点电荷从P点由静止释放，只受到电场力的作用。则以下说法中正确的是（）A．该点电荷受到的电场力逐渐增大 B．该点电荷一定向右做匀速运动C．该点电荷一定做匀加速直线运动 D．该点电荷一定做匀减速直线运动2．（多选）如图所示为“质子治疗仪”，质子先被加速到较高的能量，然后被引向并轰击肿瘤，杀死细胞，达到治疗效果。若质子由静止经过电场被匀加速到速度的过程中，通过的位移大小为，已知质子的质量为，电量为，由以上信息可以推算出（）A．该加速电场的电压B．该加速电场的电场强度C．质子加速后的电势能D．运动过程中电场力对质子所做的功3．如图所示，A、B为匀强电场中同一条电场线上的两点，一个负电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点。以下图像中能正确描述位移x、静电力F、速度v和加速度a各物理量随时间变化的是（  ）A． B． C． D．4．如图所示，A、B极板接在电压为U的电源上，一电子电量为e，质量为m，从A极板静止释放，求电子到达B极板的速度大小。5．如图，平行板电容器的两个长为l的极板与水平地面成一角度θ，两极板之间电势差。一质量为m、电荷量为+q可视为质点的带电小球，以初速度v0沿图中所示水平直线，从上极板的左端到达下极板的右端，已知重力加速度为g。求：（1）两极板间的电势差大小；（2）粒子到达下极板的右端的速度。6．电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图甲展示了一台医用电子直线加速器，其原理如图乙所示：从阴极射线管的阴极K发射出来的电子（速度可忽略），经电势差的绝对值为U的电场加速后获得速度v，加速电场两极板间的距离为d，不计电子所受重力。下列操作可使v增大的是（）A．仅增大U B．仅减小U C．仅增大d D．仅减小d带电粒子在电场中做曲线运动7．（多选）如图甲，两水平金属板间距为d，板间电场强度的变化规律如图乙所示．时刻，质量为m的带电微粒以初速度沿中线射入两板间，时间内微粒匀速运动，T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出．微粒运动过程中未与金属板接触，重力加速度的大小为g，则微粒离开电场时（

）A．动能为 B．电场力的功率为C．重力势能减少了 D．电场力做功为8．如图所示，一质量为m、电荷量为的粒子，以初速度从a点竖直向上射入匀强电场中，匀强电场方向水平向左。粒子通过电场中的b点时，速率为，方向与电场方向平行。则a、b两点间的电势差为（）A． B． C． D．9．如图所示，在水平向右的匀强电场中，质量为的带电小球，以初速度从点竖直向上运动，通过点时，速度大小为，方向与电场方向相反，则小球从运动到的过程中，速度大小的最小值为（）A． B． C． D．010．（多选）如图所示，带正电的粒子以一定的初速度沿M、N两板的中线进入水平放置的带电平行金属板内，恰好沿N板的右边缘飞出，最终打在金属板右侧的屏幕上。已知金属板的长度及金属板右边缘至屏幕的水平距离均为L，M、N两板间距离为d，两板之间中线的延长线与屏幕的交点为O，带电粒子的质量为m、电荷量为q，不计粒子的重力。则（

）A．两板之间的电压为B．粒子经过N板右边缘处的速度大小为C．粒子在两板间运动的前一半时间和后一半时间内，电场力做功之比为D．粒子打到屏幕上的位置与O点之间的距离为示波管11．示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示。如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的（）A．极板X应带正电 B．极板X'应带负电C．极板Y应带正电 D．极板Y'应带正电14．（多选）示波器是一种多功能电学仪器，它是由加速电场和偏转电场组成的。如图所示，不同的带负电粒子在电压为的电场中由静止开始加速，从M孔射出，然后射入电压为的平行金属板间的电场中，入射方向与极板平行，不考虑重力影响，在满足带负电粒子能射出平行板电场区域的条件下，则（

）A．若比荷相同，则粒子从M孔射出的速率一定相等B．若电荷量q相等，则粒子穿过偏转电场的时间一定相等C．若电荷量q相等，则粒子离开偏转电场时的动能一定相等D．若比荷不同，则粒子离开偏转电场时速度的偏转角度不同12．有一种电子仪器叫作示波器，可以用来观察电信号随时间变化的情况。示波器的核心部件是示波管，图甲是它的原理图。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。电子枪的作用是产生高速飞行的一束电子。如果在电极YY'之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极XX'之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是选项图中（）A． B．C． D．13．（多选）如图所示的直线加速器由沿轴线分布的金属圆筒（又称漂移管）A、B、C、D、E组成，相邻金属圆筒分别接在电源的两端。质子以初速度从O点沿轴线进入加速器，质子在金属圆筒内做匀速直线运动且时间均为T，在金属圆筒之间的狭缝被电场加速，加速时电压U大小相同。质子电量为e，质量为m，不计质子经过狭缝的时间，则（）A．MN所接电源的极性应周期性变化B．金属圆筒的长度应与质子进入圆筒时的速度成正比C．质子从圆筒E射出时的速度大小为D．圆筒E的长度为14．如图所示，示波管由电子枪、竖直方向偏转电极YY、水平方向偏转电极XX＇和荧光屏组成。电极。YY＇、XX＇的长度均为l、间距均为d。若电子枪的加速电压为，XX＇极板间的电压为（X端接为高电势），YY＇极板间的电压为零。电子刚离开金属丝时速度可视为零，从电子枪射出后沿示波管轴线OO＇方向（O＇在荧光屏正中央）进入偏转电极。电子电荷量为e则电子（）A．会打在荧光屏左上角形成光斑B．打在荧光屏上时的动能大小为C．打在荧光屏上的位置与的距离为D．打在荧光屏上时，速度方向与OO＇的夹角满足15．如图所示，在一水平向左的匀强电场中，光滑绝缘直角三角形斜劈ABC被固定在水平面上，其斜面长，倾角为。有一个电荷量为、质量为的带负电小物块（可视为质点）恰能静止在斜面的顶端A处，，。求：（1）带电小物块的电性及AB两点间的电势差；（2）若电场强度减小为原来的三分之一时小物块从A下滑到B的时间t。16．（多选）如图所示，水平桌面上固定一光滑绝缘的斜面，匀强电场方向平行于水平桌面向左，一平行斜面放置的绝缘轻质弹簧的下端固定在斜面底端，上端在P点，小球恰好能静止在Q点，现给小球一个沿斜面向下的初速度v₀。则下列说法正确的是（）A．小球及弹簧所组成的系统机械能守恒B．从Q点到P点的过程小球重力势能的减少量等于小球电势能的增加量C．小球从P点到最低点的过程中，弹簧弹性势能的增加量等于小球动能的减少量D．小球从P点到最低点的过程中，重力和电场力做功的代数和等于小球动能的减少量17．一个带电荷量为的油滴，从O点以速度v射入方向水平向右的匀强电场中恰好做直线运动，油滴运动到最高点P时未离开电场区域，v的方向与电场方向成角。已知油滴的质量为m，重力加速度为g。则O、P两点间的电势差为（  ）A． B． C． D．18．如图所示，水平位置的平行板电容器，原来A、B两板不带电，B极板接地，它的极板长，两板间距离，现有一粒子质量，带电荷量，以一定初速度从两板中央平行于极板射入，由于重力作用粒子恰好能落到A板的中点处，取。试求：（1）若粒子从右侧飞出，A极板电势能不能取负值？说明理由。（2）带电粒子入射初速度的大小；（3）现使电容器带上电荷，使带电粒子能从平行板电容器的右侧射出，则带电后A板电势的取值范围？19．如图甲所示，真空室中加热的阴极K发出的电子（初速度不计）经电场加速后，由小孔S沿两平行金属板M、N的中心线OO'射入板间，加速电压为，M、N板长为L，两板相距。加在M、N两板间电压随时间t变化的关系图线如图乙所示，变化周期为，M、N板间的电场可看成匀强电场，忽略板外空间的电场。在每个粒子通过电场区域的极短时间内，两板电压可视作不变，板M、N右侧距板右端L处放置一足够大的荧光屏，屏与OO'垂直，交点为O'。已知电子的质量为m，电荷量为e，忽略电子重力及电子间的相互作用，不考虑相对论效应。求：（1）若加速电场两板间距离为d，求电子加速至O点所用时间t；（2）电子刚好从M板的右边缘离开偏转电场时，M、N板间的电压；（3）在荧光屏上有电子到达的区域的长度。20．如图（a）所示，两竖直平行金属板A、B与x轴垂直，接在电压大小为的稳压电源上，A板过原点，在B板上靠近中间处有一长度的水平狭缝．在B板右侧水平放置边长为的两正方形平行金属板C、D，两板间距，距板右端处垂直x轴有一足够大的荧光屏。A板中间位置沿z轴方向有一线形离子源，可以连续释放初速度为零的正离子。已知离子源、B板上的狭缝和C、D板中间线均在同一水平面内，且C、D板不加电压时，屏上会出现长2cm一条水平亮线．现在C、D两极板间接上如图（b）所示的交变电压（若每个离子穿过C、D板间的时间极短，可认为此过程中C、D板间电压不变，极板间形成的电场可视为匀强电场），忽略电场的边缘效应，不计离子重力以及离子间的相互作用力，离子的比荷均为。求：（1）离子穿过B板狭缝时的速度大小；（2）C、D板间电压为时，离子离开C、D板时的速度与水平方向夹角（即速度偏向角）的正切值；（3）离子打在屏上的区域面积S。

21．示波器用来观察电信号随时间变化的情况。示波器的核心部件是示波管，它的原理图如下图所示。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。电子枪中的金属丝加热后可以逸出电子（逸出时的速度较小可以忽略），电子经加速电压U0加速后进入平行正对的偏转电极和，两对电极都关于中央轴线对称，正方形金属板电极边长都为L，极板间距都为d，如果在偏转电极之间和偏转电极之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。已知电子的质量为m，所带的电荷量为，现只在之间加偏转电压，求：（1）电子进入偏转电极时的速度v；（2）若电子能够通过偏转电极，加在偏转电极上的电压U不超过多少；（3）在偏转电场中，单位电压引起的偏转距离（即）称为示波管的灵敏度，该值越大表示示波管的灵敏度越高，试求该示波管的灵敏度，并分析如何调整装置参数可以提高装置的灵敏度。22．（2024·辽宁·高考真题）在水平方向的匀强电场中，一带电小球仅在重力和电场力作用下于竖直面（纸面）内运动。如图，若小球的初速度方向沿虚线，则其运动轨迹为直线，若小球的初速度方向垂直于虚线，则其从O点出发运动到O点等高处的过程中（）A．动能减小，电势能增大 B．动能增大，电势能增大C．动能减小，电势能减小 D．动能增大，电势能减小23．（2023·浙江·高考真题）如图所示，示波管由电子枪竖直方向偏转电极YY′、水平方向偏转电极XX′和荧光屏组成。电极XX′的长度为l、间距为d、极板间电压为U，YY′极板间电压为零，电子枪加速电压为10U。电子刚离开金属丝的速度为零，从电子枪射出后沿OO′方向进入偏转电极。已知电子电荷量为e，质量为m，则电子（

）A．在XX′极板间的加速度大小为B．打在荧光屏时，动能大小为11eUC．在XX′极板间受到电场力的冲量大小为D．打在荧光屏时，其速度方向与OO′连线夹角α的正切24．（2023·湖北·高考真题）（多选）一带正电微粒从静止开始经电压加速后，射入水平放置的平行板电容器，极板间电压为。微粒射入时紧靠下极板边缘，速度方向与极板夹角为，微粒运动轨迹的最高点到极板左右两端的水平距离分别为和L，到两极板距离均为d，如图所示。忽略边缘效应，不计重力。下列说法正确的是（

）

A．B．C．微粒穿过电容器区域的偏转角度的正切值为2D．仅改变微粒的质量或者电荷数量，微粒在电容器中的运动轨迹不变25．（2022·广东·高考真题）密立根通过观测油滴的运动规律证明了电荷的量子性，因此获得了1923年的诺贝尔奖。图是密立根油滴实验的原理示意图，两个水平放置、相距为d的足够大金属极板，上极板中央有一小孔。通过小孔喷入一些小油滴，由于碰撞