高中 | 带电粒子在匀强电场中的直线运动 题目答案及解析

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选修3-1

第一章 静电场

1.9 带电粒子在电场中的运动

带电粒子在匀强电场中的直线运动

如图，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线从左向右通过电容器，则在此过程中，该粒子$(\qquad)$

["

做匀速直线运动，电势能不变

","

做匀加速直线运动，电势能增大

","

做匀减速直线运动，电势能增大

","

做变加速直线运动，电势能减小

"]
[["C"]]

根据粒子的运动情况可知，粒子所受电场力恒定且垂直于极板向上，合力恒定且与速度方向相反，故粒子做匀减速直线运动，电场力与速度方向成钝角，故电场力做负功，电势能增大。

故选：$\rm C$。

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离子推进器是太空飞行器常用的动力系统。如图所示，某推进器由离子源、间距为且中心有小孔的两平行金属板、和边长为的立方体构成，其后端面为喷口，以金属板上的小孔为坐标原点，垂直立方体侧面和金属板建立、和坐标轴。、板之间存在方向沿轴正方向的匀强电场，、之间的电势差为。质量为、带电量为的氙离子从离子源飘出（离子初速度忽略不计），经、间电场加速穿过立方体，最后从端面射出。忽略离子间的相互作用，且射出的离子总质量远小于推进器的质量。 图甲为某粒子控制装置的内部结构图，、为两块相距很近的平行金属板，板中央有正对小孔和，板右侧靠近板处有关于连线对称放置的平行金属板、，、长，板间距离，两板间加有恒定电压，其内部偏转电场视为匀强电场。在右侧相距也为处有一垂直连线放置的粒子接收屏（屏足够大）。一束带正电的粒子以相同的初动能源源不断地从小孔垂直板射向，粒子的带电量为。现在、板间加上图乙所示的周期性变化的电压，其中板电势低于板时，为负值。若不计粒子穿过、板所用的时间，忽略粒子重力及粒子间的相互作用。求 如图所示，质量为、电荷量为的离子从处由静止释放，经电场加速后沿图中圆弧虚线匀速率地通过静电分析器，再从点垂直进入矩形有界匀强电场，电场左侧为离子接收屏。已知静电分析器通道内有均匀辐射方向分布的电场，加速电场的电压为，圆弧虚线的半径为，，离子重力不计。求： 图甲为直线加速原理示意图，它由多个截面积相同的同轴金属圆筒依次组成，奇数序号与偶数序号圆筒分别与交变电源相连，交变电源两极间电压变化规律如图乙。在时，奇数圆筒比偶数圆筒电势高，此时序号为的金属圆板中央有一电子由静止开始在各狭缝间不断加速。若电子质量为，电荷量为，交变电源电压大小为，周期为。不考虑电子的重力和相对论效应，且忽略电子通过狭缝的时间。下列说法正确的是 如图所示，、两平行板间距为，板与形状为四分之一圆弧的静电分析器左端重合，、两板间存在水平向右的匀强电场，静电分析器中存在沿半径方向指向圆心的辐向电场。极板上小孔的点处有一质量为、电荷量为的带电粒子，自板由静止开始向右加速运动，并从极板的小孔沿水平方向进入静电分析器，粒子在静电分析器中恰好沿图示虚线做匀速圆周运动。已知粒子做圆周运动的半径为，轨迹处电场强度的大小均为，粒子重力不计。下列说法正确的是 在学校物理创新实验课堂上，老师为引导学生探究带电物体在复合场中的运动规律，布置了一个如图所示的实验环境：空间中有一水平向左的匀强电场（电场空间足够大），将一个质量，电荷量的带正电小球，放在区域内的点，然后用弹射器使小球以的初速度，方向与水平方向成角斜向右射出，带电小球在电场力与重力作用下做直线运动（，，取）。求：
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