在高中物理的学习过程中,带电粒子在电场中的运动是一个非常重要的知识点。这部分内容不仅涉及到电学的基本原理,还与力学知识紧密相连,是高考考查的重点之一。为了帮助同学们更好地掌握这一部分的知识点,下面我们就通过一些精选的练习题来加深理解。
一、选择题
1. 关于带电粒子在匀强电场中运动的描述,下列说法正确的是( )
A. 带正电荷的粒子一定向电势高的方向运动
B. 带负电荷的粒子可能沿电场线方向运动
C. 带电粒子的加速度大小与其所受电场力成正比
D. 粒子的速度方向总是与电场方向相同
答案:C
2. 一个电子以初速度v₀垂直进入匀强电场后,其轨迹会呈现怎样的特点?
A. 直线
B. 抛物线
C. 圆弧
D. 螺旋线
答案:B
3. 在平行板电容器内部,若仅改变两极板之间的电压,则以下哪种情况会发生?
A. 带电粒子的加速度保持不变
B. 带电粒子的偏转距离增大
C. 带电粒子的运动时间变短
D. 带电粒子的动能减少
答案:B
二、计算题
1. 已知一质量为m、带电量为q的粒子,在电场强度为E的匀强电场中从静止开始加速,求粒子经过位移L后的速度大小。
解答:根据动能定理,电场力对粒子所做的功等于粒子动能的变化量:
\[
qEL = \frac{1}{2}mv^2 - 0
\]
解得:
\[
v = \sqrt{\frac{2qEL}{m}}
\]
2. 一个质量为m、带电量为q的粒子,以初速度v₀垂直进入宽度为d的平行板电容器中,电场强度为E。求粒子离开电场时的偏转距离y和偏转角度θ。
解答:粒子在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做匀加速直线运动。
水平方向:
\[
x = v_0 t
\]
竖直方向:
\[
y = \frac{1}{2}at^2 = \frac{1}{2}\left(\frac{qE}{m}\right)t^2
\]
结合x = d,可得t = d/v₀,代入y表达式即可得到偏转距离y。
偏转角度θ则由tanθ = vy/vx确定。
以上练习题涵盖了带电粒子在电场中运动的主要类型问题,希望同学们能够通过这些题目进一步巩固相关知识。同时,建议大家在解题过程中注意结合图像分析,以便更直观地理解粒子的运动规律。