高中 | 带电粒子在匀强电场中的偏转运动 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偏转运动

某兴趣小组用人工智能模拟带电粒子在电场中的运动,如图所示的矩形区域$OMPQ$内分布有平行于$OQ$的匀强电场,$N$$QP$的中点。模拟动画显示,带电粒子$a$$b$分别从$Q$点和$O$点垂直于$OQ$同时进入电场,沿图中所示轨迹同时到达$M$$N$点,$K$为轨迹交点。忽略粒子所受重力和粒子间的相互作用,则可推断$a$$b$$(\qquad)$

["

具有不同比荷

","

电势能均随时间逐渐增大

","

到达$M$$N$的速度大小相等

","

到达$K$所用时间之比为$1:2$

"]
[["D"]]

$\rm A$.根据题意可知,带电粒子在电场中做类平抛运动,带电粒子$a$$b$分别从$Q$点和$O$点同时进入电场,沿图中所示轨迹同时到达$M$$N$点,可知,运动时间相等,由图可知,沿初速度方向位移之比为$2:1$,则初速度之比为$2:1$,沿电场方向的位移大小相等,由$y=\dfrac{1}{2}at^{2}$可知,粒子运动的加速度大小相等,由牛顿第二定律有$qE=ma$

可得$\dfrac{q}{m}=\dfrac{a}{E}$

可知,带电粒子具有相同比荷,故$\rm A$错误;

$\rm B$.带电粒子运动过程中,电场力均做正功,电势能均随时间逐渐减小,故$\rm B$错误;

$\rm C$.沿电场方向,由公式$v_{y}=at$可知,到达$M$$N$的竖直分速度大小相等,由于初速度之比为$2:1$,则到达$M$$N$的速度大小不相等,故$\rm C$错误;

$\rm D$.由图可知,带电粒子$a$$b$到达$K$的水平位移相等,由于带电粒子$a$$b$初速度之比为$2:1$,则所用时间之比为$1:2$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm D$

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