高中物理 第2章 電場與示波器 2_5 探究電子束在示波管中的運動學(xué)業(yè)分層測評 滬科版選修3-1

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探究電子束在示波管中的運動 (建議用時：45分鐘) [學(xué)業(yè)達標(biāo)] 1．一帶電粒子在電場中只受電場力作用時，它不可能出現(xiàn)的運動狀態(tài)是 (　　) A．勻速直線運動　　　　 B．勻加速直線運動 C．勻變速曲線運動 D．勻速圓周運動 【解析】　因為粒子只受到電場力的作用，所以不可能做勻速直線運動． 【答案】　A 2．如圖2513所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運動，則關(guān)于電子到達Q板時的速度，下列說法正確的是(　　) 圖2513 A．兩板間距離越大，加速的時間就越長，獲得的速度就越大 B．兩板間距離越小，加速度就越大，獲得的速度就越大 C．與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān) D．以上說法均不正確 【解析】　電子由P到Q的過程中，靜電力做功，根據(jù)動能定理eU＝mv2，得v＝，速度大小與U有關(guān)，與兩板間距離無關(guān)． 【答案】　C 3．(多選)一臺正常工作的示波管，突然發(fā)現(xiàn)熒光屏上畫面的高度縮小，則產(chǎn)生故障的原因可能是(　　) A．加速電壓突然變大 B．加速電壓突然變小 C．偏轉(zhuǎn)電壓突然變大 D．偏轉(zhuǎn)電壓突然變小 【解析】　畫面高度縮小，說明電子從偏轉(zhuǎn)電場射出時偏轉(zhuǎn)角θ減小，由qU0＝mv，tan θ＝得tan θ＝，則引起θ變小的原因可能是加速電壓U0偏大，或偏轉(zhuǎn)電壓U1偏?。? 【答案】　AD 4．如圖2514所示，靜止的電子在加速電壓為U1的電場作用下從O經(jīng)P板的小孔射出，又垂直進入平行金屬板間的電場，在偏轉(zhuǎn)電壓為U2的電場作用下偏轉(zhuǎn)一段距離．現(xiàn)使U1加倍，要想使電子的運動軌跡不發(fā)生變化，應(yīng)該(　　) 圖2514 A．使U2加倍 B．使U2變?yōu)樵瓉淼?倍 C．使U2變?yōu)樵瓉淼谋? D．使U2變?yōu)樵瓉淼?/2倍 【解析】　帶電粒子經(jīng)過加速電場和偏轉(zhuǎn)電場，最終偏移量為y＝，現(xiàn)使U1加倍，要想使電子的運動軌跡不發(fā)生變化，必須使U2加倍，選A. 【答案】　A 5．在勻強電場中，將質(zhì)子和α粒子由靜止釋放，若不計重力，當(dāng)它們獲得相同動能時，質(zhì)子經(jīng)歷的時間t1和α粒子經(jīng)歷的時間t2之比為 (　　) 【導(dǎo)學(xué)號：37930025】 A．1∶1　　 B．1∶2 C．2∶1　　 D．4∶1 【解析】　由動能定理可知qEl＝Ek，又l＝at2＝t2，解得t＝，可見，兩種粒子時間之比為1∶1，故A選項正確． 【答案】　A 6．如圖2515所示，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運動，然后射入電勢差為U2的兩塊平行板間的電場中，入射方向跟極板平行，整個裝置處于真空中，重力可忽略．在滿足電子能射出平行板的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏角φ變大的是(　　) 圖2515 A．U1變大，U2變大 B．U1變小，U2變大 C．U1變大，U2變小 D．U1變小，U2變小 【解析】　偏轉(zhuǎn)角：tan φ＝，vy＝at＝，在加速電場中有：mv＝qU1，vx＝，故tan φ＝，所以B正確． 【答案】　B 7．(多選)示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，如圖2516所示．如果在熒光屏上P點出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的(　　) 圖2516 A．極板X應(yīng)帶正電 B．極板X′應(yīng)帶正電 C．極板Y應(yīng)帶正電 D．極板Y′應(yīng)帶正電 【解析】　由題意可知，在XX′方向上向X方向偏轉(zhuǎn)，X帶正電，A對，B錯；在YY′方向上向Y方向偏轉(zhuǎn)，Y帶正電，C對，D錯． 【答案】　AC 8．如圖2517所示，質(zhì)量為m、電量為e的電子，從A點以速度v0垂直場強方向射入勻強電場中，從B點射出電場時的速度方向與電場線成120角，則A、B兩點間的電勢差是多少？ 圖2517 【解析】　電子在電場中做類平拋運動． vy＝v0tan (θ－90)， eU＝mv/2. 得U＝mv/6e. 【答案】　mv/6e [能力提升] 9．(多選)如圖2518所示，電子由靜止開始從A板向B板運動，當(dāng)?shù)竭_B板時速度為v，保持兩板間電壓不變，則(　　) 圖2518 A．當(dāng)增大兩板間距離時，v也增大 B．當(dāng)減小兩板間距離時，v增大 C．當(dāng)改變兩板間距離時，v不變 D．當(dāng)增大兩板間距離時，電子在兩板間運動的時間延長 【解析】　由mv2＝qU知，兩板距離變大時v不變，故C項對，又由d＝at2＝t2可知，t＝d，則增大板間距離d時，時間t延長，故D項對． 【答案】　CD 10．(多選)如圖2519所示，有三個質(zhì)量相等，分別帶正電、負(fù)電和不帶電小球，從平行板電場中的P點以相同的初速度垂直于E進入電場，它們分別落到A、B、C三點，則(　　) 圖2519 A．落到A點的小球帶正電，落到B點的小球不帶電 B．三小球在電場中運動的時間關(guān)系：tCEkB>EkC D．三小球在電場中運動的加速度關(guān)系：aA>aB>aC 【解析】　帶負(fù)電的小球受到的合力為mg＋F電，帶正電的小球受到的合力為mg－F電，不帶電小球僅受重力mg，小球在板間運動時間t＝，所以tCaB>aA，落在C點的小球帶負(fù)電，落在A點的小球帶正電，落在B點的小球不帶電，故A項正確；因為電場對帶負(fù)電的小球C做正功，對帶正電的小球A做負(fù)功，所以落在板上動能的大小，EkC>EkB>EkA. 【答案】　AB 11. (2016臨沂高二檢測)如圖2520所示，兩塊豎直放置的平行金屬板A、B，板間距離d＝0.04 m，兩板間的電壓U＝400 V，板間有一勻強電場．在A、B兩板上端連線中點的正上方h＝1.25 m的P點處有一帶正電的小球，已知小球的質(zhì)量m＝510－6 kg，電荷量q＝510－10 C．設(shè)A、B板的長度無限，g取10 m/s2. 求：帶正電小球從P點開始由靜止下落，經(jīng)多長時間和金屬板相碰． 圖2520 【解析】　設(shè)小球從P到進入電場需時間t1，由h＝gt得：t1＝＝0.5 s 設(shè)小球進入電場后運動時間為t2，則：qE＝ma E＝ 則小球水平方向的加速度為：a＝ 水平方向做勻加速運動，則有：＝at 聯(lián)立解得：t2＝0.2 s 故總時間為：t＝t1＋t2＝(0.5＋0.2) s＝0.7 s. 【答案】　0.7 s 12．(2016汕尾高二檢測)水平放置的兩塊平行金屬板板長l＝5.0 cm，兩板間距d＝1.0 cm，兩板間電壓為90 V，且上板為正極板，一個電子沿水平方向以速度v0＝2.0107 m/s，從兩板中間射入，如圖2521所示，不計電子的重力，電子的質(zhì)量為m＝9.010－31 kg、電荷量為e＝－1.610－19 C，求： 圖2521 (1)電子偏離金屬板的側(cè)位移是多少？ (2)電子飛出電場時的速度大小是多少？(保留兩位有效數(shù)字) (3)電子離開電場后，打在屏上的P點，若s＝10 cm，求OP之長． 【解析】　(1)電子在電場中的加速度：a＝， 側(cè)位移即豎直方向位移：y0＝at2＝， 運動時間：t＝， 代入數(shù)據(jù)解得：y0＝510－3 m. (2)電子飛出電場時，水平分速度vx＝v0，豎直分速度： vy＝at＝＝4106 m/s. 飛出電場時的速度為： v＝，代入數(shù)據(jù)可得：v≈2.0107 m/s. 設(shè)v與v0的夾角為θ，則tan θ＝＝0.2. 則：θ＝arctan 0.2. (3)電子飛出電場后做勻速直線運動： OP＝y(tǒng)0＋＝y(tǒng)0＋stan θ 代入數(shù)據(jù)解得：OP＝2.510－2 m. 【答案】　(1)510－3 m　(2)2.0107 m/s (3)2.510－2m