2019_2020学年高中物理第一章5匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理练习含解析教科版选修

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1、5.匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理基础巩固1.下列公式中,既适用于点电荷产生的静电场,也适用于匀强电场的有()电场强度E=Fq电场强度E=Ud电场强度E=kQr2电场力做功W=UqA.B.C.D.答案:D2.关于匀强电场中电场强度和电势差的关系,说法正确的是()A.电场强度越大,则任意两点间的电势差也越大B.任意两点间的电势差等于电场强度和这两点间距离的乘积C.沿着电场线方向,任何相同距离上的电势降低必定相等D.电势降低的方向必定是电场强度的方向答案:C3.如图所示,实线为电场线,虚线为等势面,A、B两点的电势分别为A=-50 V,B=-20 V;则A、B连线中点C的电势C应为(

2、) A.C=-35 VB.C-35 VC.C-35 VD.条件不足,无法判断C的高低解析:由电场线的分布情况可以看出,在A、B连线上,由B点到A点电场强度越来越大.由U=Ed可知UBC-35V,选B.答案:B4.如图所示,A、B、C是匀强电场中的三个点,各点电势A=10 V、B=2 V、C=6 V,A、B、C三点在同一平面上,下列各图中电场强度的方向表示正确的是()解析:A、B的中点电势为6V,该点与C点为等势点,因此电场强度的方向垂直于A、B的中点与C点的连线指向低电势的一侧,故选项D正确.答案:D5.示波管的原理图如图甲所示,如果在电极YY之间所加的电压按图乙所示的规律变化,在电极XX之间

3、所加的电压按图丙所示的规律变化,则在荧光屏上会看到的图形是()解析:在02t1时间内,扫描电压扫描一次,信号电压完成一个周期,当UY为正的最大值时,电子打在荧光屏上正的最大位移处,当UY为负的最大值时,电子打在荧光屏上负的最大位移处,因此一个周期内荧光屏上的图形为B.答案:B6.如图所示,两极板与电源相连接,电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场,且恰好从正极板边缘飞出,现在使电子入射速度变为原来的两倍,而电子仍从原位置射入,且仍从正极板边缘飞出,则两极板的间距应变为原来的() A.2倍B.4倍C.12D.14解析:电子在两极板间做类平抛运动,水平方向l=v0t,t=lv0,竖直方向d=12

4、at2=qUl22mdv02,故d2=qUl22mv02,即d1v0,故选项C正确.答案:C7.如图所示,在匀强电场中,有A、B两点,它们的间距为 2 cm,两点的连线与电场强度方向成60角.将一个电荷量为-210-5 C的电荷由A移到B,其电势能增加了0.1 J.则:(1)在此过程中,电场力对该电荷做了多少功?(2)A、B两点的电势差UAB为多少?(3)该匀强电场的电场强度为多大?解析:(1)电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增加,增加的电势能就等于电场力做的功,所以,W=Ep=-0.1J.(2)由UAB=Wq=-0.1-210-5V=5103V.(3)由U=Ed,得UAB=EA

5、Bcos60所以E=UABABcos60=5103210-212V/m=5105V/m.答案:(1)-0.1 J(2)5103 V(3)5105 V/m8.长为L的平行金属板电容器,两板间形成匀强电场,一个电荷量为+q,质量为m的带电粒子,以初速度v0紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入匀强电场中,刚好从下极板边缘射出,且射出时速度方向恰好与下板成30角,如图所示,求匀强电场的电场强度大小和两极板间的距离.解析:设电场强度为E,极板间距离为d,则d=12at2=12qEmLv02tan30=vyv0=atv0=qEmv0Lv0=qELmv02解得E=3mv023qL,d=36L.答案:3mv023

6、qL36L能力提升1.(多选)如图所示,A、B、C是一条电场线上的三个点,电场线的方向由A到C,且AB=BC,用A、B、C和EA、EB、EC分别表示A、B、C三点的电势和电场强度,下列说法正确的有() A.ABCB.EA=EB=ECC.A-B=B-CD.EA、EB、EC的大小无法确定解析:由沿着电场线电势逐渐降低知选项A正确;由于该电场不一定是匀强电场,所以选项B不能确定,选项D正确;虽然AB=BC,但不一定是匀强电场,由U=Ed知选项C不能确定.答案:AD2.如图所示,匀强电场电场强度E=100 V/m,A、B两点相距10 cm,A、B连线与电场方向夹角为60,则UBA的值为()A.-10

7、VB.10 VC.-5 VD.-53 V解析:根据电势差与电场强度的关系U=Ed得U=ELABcos60=1000.1cos60V=5V,且沿电场线电势降低,AB,所以UBA=-UAB=-5V,所以选项C正确.答案:C3.有一种电荷控制式喷墨打印机的打印头的结构简图如图所示.其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒,此微粒经过带电室后以一定的初速度垂直射入偏转电场,再经偏转电场后打到纸上,显示出字符.已知偏移量越小打在纸上的字迹越小,现要缩小字迹,下列措施可行的是()A.增大墨汁微粒的比荷B.减小墨汁微粒进入偏转电场时的初动能C.减小偏转极板的长度D.增大偏转极板间的电压解析:微粒以一定的初速度垂直射入

8、匀强电场做类平抛运动,水平方向L=v0t,竖直方向y=12qUmdt2,解得y=qUL22mdv02=qUL24dEk0.要缩小字迹,应减小偏移距离y,则应减小比荷、增大初动能、减小极板长度、减小极板间电压,故C正确.答案:C4.匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点,AB的长度为1 m,D为AB的中点,如图所示.已知电场线的方向平行于ABC所在的平面,A、B、C三点的电势分别为 14 V、6 V和 2 V.设电场强度大小为E,一电荷量为 110-6 C的正电荷从D点移到C点静电力所做的功为W,则() A.W=810-6 J,E8 V/mB.W=610-6 J,E6 V/mC.W=8

9、10-6 J,E8 V/mD.W=610-6 J,E6 V/m解析:因电场是匀强电场,D是AB的中点,故D点的电势D=A+B2=10V.所以正电荷从D点移到C点静电力做功W=q(D-C)=810-6J.设E的方向与AB的夹角为,则0,否则等势面与AB垂直,C点电势就会高于B点电势.由E=Ud可知,E=A-BABcos=8cosV/m,因为0cos8V/m,故选项A正确.答案:A5.(多选)某静电场中的一条电场线与x轴重合,其电势的变化规律如图所示.在O点由静止释放一个负点电荷,该负点电荷仅受电场力的作用,则在-x0x0区间内()A.该静电场是匀强电场B.该静电场是非匀强电场C.负点电荷将沿x轴

10、正方向运动,加速度不变D.负点电荷将沿x轴负方向运动,加速度逐渐减小解析:-x图线的斜率等于电场强度大小,由于图线的斜率不变,所以该电场是匀强电场;沿着电场线方向,电势是降低的,则图中的电场线方向指向x轴负方向,负电荷受到的电场力方向与电场强度方向相反,因此,负电荷将沿x轴正方向运动,加速度不变.所以选项A、C正确.答案:AC6.一匀强电场如图所示,某带电粒子以垂直于电场线的初速度从A点运动到B点,在这一运动过程中克服重力做的功为3.0 J,电场力做的功为2.0 J.则下列说法正确的是()A.粒子带负电B.粒子在A点的电势能比在B点少2.0 JC.粒子在A点的机械能比在B点少1.0 JD.粒子

11、在A点的动能比在B点多1.0 J解析:由运动轨迹上来看,垂直电场方向射入的带电粒子向电场方向偏转,说明带电粒子受到的电场力与电场方向相同,所以带电粒子应带正电,选项A错误;从A到B的过程中,电场力做正功,电势能在减少,所以在A点时的电势能要大于在B点时的电势能,选项B错误;从A到B的过程中,除了重力做功以外,还有电场力做功,电场力做正功,电势能转化为机械能,带电粒子的机械能增加,由能量守恒定律可知,机械能的增加量等于电场力做功的多少,所以机械能增加了2.0J,选项C错误;从A到B的过程中,克服重力做功3.0J,电场力做功2.0J,由动能定理可知,粒子在A点的动能比在B点多1.0J,选项D正确.

12、故选D.答案:D7.如图所示,一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子在匀强电场中运动,A、B为其运动轨迹上的两点.已知该粒子在A点的速度大小为v0,方向与电场方向的夹角为60;它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30.不计重力.求A、B两点间的电势差.解析:设带电粒子在B点的速度大小为vB.粒子在垂直于电场方向的速度分量不变,即vBsin30=v0sin60由此得vB=3v0设A、B两点间的电势差为UAB,由动能定理有qUAB=12m(vB2-v02)联立式得UAB=mv02q.答案:mv02q8.一个初速度为零的电子通过电压为U=4 500 V的电场加速后,从C点沿水平方向飞入电场强度为E=1.5105 V/m的匀强电场中,到达该电场中另一点D时,电子的速度方向与电场强度方向的夹角正好是120,如图所示.试求C、D两点沿电场强度方向的距离y.解析:电子加速过程由eU=12mv02得v0=2eUm,在竖直方向vy=v0tan30=at,a=eEm,解得t=1E2mU3e;C、D两点沿电场强度方向的距离y=12at2=U3E代入数据解得y=450031.5105m=0.01m.答案:0.01 m8