精做01 带电粒子在电场中的加速、偏转问题模拟精做

一、计算题

1. 难度：中等

（2017·北京大兴区高三统练）如图所示，水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接，圆弧的半径R=0.40 m。在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度E=1.0×l0⁴ N/C。现有一质量m=0.l0 kg，电荷量q=8.0×l0^–5 C的带电体（可视为质点）放在水平轨道上与B端距离s=1.0 m的位置，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的C端时，速度恰好为零。试求此过程中取g=l0 m/s²）：

（1）带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小；

（2）带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小；

（3）带电体沿圆弧形轨道运动过程中，电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少。

2. 难度：中等

（2017·云南云天化中学高二期中）如图所示，虚线MN左侧有一场强为E₁=E的匀强电场，在两条平行的虚线MN和PQ之间存在着宽为L、电场强度为E₂=2E的匀强电场，在虚线PQ右侧相距为L处有一与电场E₂平行的屏。现将一电子（电荷量为e，质量为m）无初速度地放入电场E₁中的A点，最后电子打在右侧的屏上，AO连线与屏垂直，垂足为O，电子重力忽略不计。求：

（1）电子从释放到打到屏上所用的时间；

（2）电子刚射出电场E₂时的速度方向与AO连线夹角θ的正切值tan θ；

（3）电子打到屏上的点P′到点O的距离y。

3. 难度：中等

（2017·山西大学附中高二期中）飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析。飞行时间质谱仪主要由脉冲阀、激光器、加速电场、偏转电场和探测器组成，探测器可以在轨道上移动以捕获和观察带电粒子。整个装置处于真空状态。加速电场和偏转电场电压可以调节，只要测量出带电粒子的飞行时间，即可以测量出其比荷。如图所示，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同价位的离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器。已知加速电场ab板间距为d，偏转电场极板M、N的长度为L₁，宽度为L₂。不计离子重力及进入a板时的初速度。

（1）设离子的比荷为k（k=q/m），当a、b间的加速电压为U₁，在M、N间加上适当的电压U₂，试求离子进入偏转电场时的初速度v；以及探测器偏离开中线的距离y。

（2）当a、b间的电压为U₁时，在M、N间加上适当的电压U₂，离子从脉冲阀P喷出到到达探测器的全部飞行时间为t。请推导出离子比荷k的表达式。

4. 难度：中等

（2017·湖北黄冈中学高二周末考）如图所示，两平行金属板A、B长L=8 cm，两板间距离d=8 cm，A板比B板电势高300 V，一不计重力的带正电的粒子电荷量q=10^–10 C，质量m=10^–20 kg，沿电场中心线RD垂直电场线飞入电场，初速度v₀=2×10⁶ m/s，粒子飞出平行板电场后可进入界面MN、PS间的无电场区域。已知两界面MN、PS相距为12 cm，D是中心线RD与界面PS的交点。

（1）粒子穿过MN时偏离中心线RD的距离以及速度大小？

（2）粒子到达PS界面时离D点的距离为多少？

（3）设O为RD延长线上的某一点，我们可以在O点固定一负点电荷，使粒子恰好可以绕O点做匀速圆周运动，求在O点固定的负点电荷的电量为多少？（静电力常数k=9.0×10⁹ N·m²/C²，保留两位有效数字）

5. 难度：中等

（2017·北京昌平区高三期末）如图所示，带有等量异种电荷平行金属板M、N竖直放置，M、N两板间的距离d=0．5 m。现将一质量m=1×10^–2 kg、电荷量q=4×10^–5 C的带电小球从两极板上方的A点以v₀=4 m/s的初速度水平抛出，A点距离两板上端的高度h=0.2 m；之后小球恰好从靠近M板上端处进入两板间，沿直线运动碰到N板上的C点，该直线与曲线的末端相切。设匀强电场只存在于M、N之间，不计空气阻力，取g=10 m/s²。求：

（1）小球到达M极板上边缘B位置时速度的大小和方向；

（2）M、N两板间的电场强度的大小和方向；

（3）小球到达C点时的动能。

6. 难度：中等

（2017·福建福州八县一中高二联考）如图所示，极板A、B、K、P连入电路，极板P、K，A、B之间分别形成电场，已知电源的电压恒为E=300 V，电阻R₁=20 kΩ，R₂=10 kΩ，A、B两极板长L=6.0×10^–2 m，电荷量q=–1.6×10^–18 C、质量m=1.0×10^–29 kg，从极板K中心经P、K间电场加速后，沿A、B中线进入电场中发生偏转，恰好从B板的右边缘飞出。（极板间电场可视为匀强电场且不考虑极板边缘效应，不计粒子重力）求：

（1）极板P、K之间电压U_PK，A、B之间电压U_AB；

（2）粒子刚进入偏转极板A、B时速度v₀；

（3）两极板A、B的间距d。

7. 难度：中等

（2017·广东汕头潮阳高二期中）如图所示，有一电子（电量用e表示）经电压U₀加速后，进入两板间距为d，电压为U的平行金属板间。若电子从两板正中间射入，且正好能穿出电场，求：

（1）金属板AB的长度；

（2）电子穿出电场时的动能

8. 难度：中等

（2017·重庆二外高二周清）如图所示，微粒A位于一定高度处，其质量m= kg，带电荷量q=+ C，质量未知的塑料长方体空心盒子B位于水平地面上，与地面间的动摩擦因数μ=0.1。B上表面的下方存在着竖直向上的匀强电场，场强大小 N/C，B上表面的上方存在着竖直向下的匀强电场，场强大小为0.5E，B上表面开有一系列略大于A的小孔，孔间距满足一定的关系，使得A进出B的过程中始终不与B接触，当A以的速度从孔1竖直向下进入B的瞬间，B恰以的速度向右滑行，设B足够长，足够高且上表面的厚度不计，取，A恰能顺次从各个小孔进出B，试求：

（1）从A第一次进入B至B停止运动的过程中，B通过的总路程s；

（2）B上至少要开多少个小孔，才能保证A始终不与B接触；

（3）从右到左，B上表面各相邻小孔之间的距离分别为多大？