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简答题

(8分)如图17所示的装置放置在真空中,炽热的金属丝可以发射电子,金属丝和竖直金属板之间加以电压U1=2500V,发射出的电子被加速后,从金属板上的小孔S射出。装置右侧有两个相同的平行金属极板水平正对放置,板长l=6.0cm,相距d=2cm,两极板间加以电压U2=200V的偏转电场。从小孔S射出的电子恰能沿平行于板面的方向由极板左端中间位置射入偏转电场。已知电子的电荷量e=1.6×10-19C,电子的质量m=0.9×10-30kg,设电子刚离开金属丝时的速度为0,忽略金属极板边缘对电场的影响,不计电子受到的重力。求:

(1)电子射入偏转电场时的动能Ek

(2)电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量y;

(3)电子在偏转电场运动的过程中电场力对它所做的功W。

正确答案

(1)(2)(3)

试题分析:(1)电子在加速电场中,根据动能定理

解得                     (2分)

(2)设电子在偏转电场中运动的时间为

电子在水平方向做匀速运动,由,解得

电子在竖直方向受电场力

电子在竖直方向做匀加速直线运动,设其加速度为a

依据牛顿第二定律,解得               (1分)

电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量      (1分)

解得           (1分)

(3)电子射出偏转电场的位置与射入偏转电场位置的电势差 (1分)

电场力所做的功            (1分)

解得           (1分)

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简答题

如图所示,水平放置的平行板电容器极板间距离为d,加的电压为U0,上极板带正电。现有一束微粒以某一速度垂直于电场方向沿中心线OO′射入,并能沿水平方向飞出电场。求:

小题1:带何种电荷?

小题2:带电微粒的比荷(q/m)是多少?

正确答案

小题1:负

小题2:gd/u0

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简答题

真空中有AB两个带电小球相距L=2.0m,其质量分别为m1=1.0g和m2=2.0g,将它们放在光滑的绝缘水平面上,使它们从静止开始在电场力的作用下相向运动,如图所示。开始释放的瞬间,A球的加速度大小为a,经过一段时间后AB两球相距L'B球的加速度大小为a,速度大小v=3.0m/s,求:

(1)此时A球的速度大小;

(2)此过程中两球组成的系统电势能的变化量;

(3)AB两球之间的距离L'

正确答案

(1)6m/s(2)(3)

(1)对A、B两球组成的系统,设A球的速度为vA,根据动量守恒定律:

        A球的速度大小为6m/s  (3分)

(2)对A、B两球组成的系统,电场力做正功,电势能减少,根据能量守恒定律,电势能的减少量等于动能的增加量:

      (3分)

(3)开始时:对A球:  

根据牛顿运动定律   

经过一段时间后,对B球:

根据牛顿运动定律    

所以:    (2分)

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简答题

(15分)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,已知电源电动势E=300V,电源内阻不计 ,电阻R1="2000KΩ," R2=1000KΩ,A、B两极板长,间距。一个静止的带电粒子,电荷量、质量,从极板K中心经 P、K间电场加速后,进入极板A、B间电场中发生偏转。(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:

⑴极板P、K之间电压UPK,A、B之间电压UAB

⑵粒子刚进入偏转极板A、B时速度v0

⑶粒子通过极板A、B时发生偏转距离y

正确答案

(1)(2)(3)

试题分析: (1)极板PK之间的电压即为两端电压,所以

      3分

AB之间的电压为,所以       3分

(2)由动能定理可得:,解得,代入数据可得:

(3)粒子在极板AB之间轨迹为抛物线,测移        2分

,所以,代入数据可得:

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简答题

示波器是一种多功能电学仪器,可以在荧光屏上显示出被检测的电压波形.它的工作原理等效成下列情况:如图所示,真空室中电极K发出电子(初速度不计),经过电压为U1的加速电场后,由小孔S沿水平金属板,A、B间的中心线射入板中.板长L,相距为d,在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压,前半个周期内B板的电势高于A板的电势,电场全部集中在两板之间,且分布均匀.在每个电子通过极板的极短时间内,电场视作恒定的.在两极板右侧且与极板右端相距D处有一个与两板中心线垂直的荧光屏,中心线正好与屏上坐标原点相交.当第一个电子到达坐标原点O时,使屏以速度v沿-x方向运动,每经过一定的时间后,在一个极短时间内它又跳回到初始位置,然后重新做同样的匀速运动.(已知电子的质量为m,带电量为e,不计电子重力)求:

(1)电子进入AB板时的初速度;

(2)要使所有的电子都能打在荧光屏上,图乙中电压的最大值U0需满足什么条件?

(3)要使荧光屏上始终显示一个完整的波形,①荧光屏必须每隔多长时间回到初始位置?②计算这个波形的最大峰值和长度.③并在如图丙所示的x-y坐标系中画出这个波形.

正确答案

(1)(2)(3)①T;②最大峰值,波长vT

③波形图如下.

试题分析:(1)电子在加速电场中运动,据动能定理,有,

(2)因为每个电子在板A、B间运动时,电场均匀、恒定,故电子在板A、B间做类平抛运动,在两板之外做匀速直线运动打在屏上.在板A、B间沿水平方向运动时,有,

竖直方向,有,且,

联立解得.

只要偏转电压最大时的电子能飞出极板打在屏上,则所有电子都能打在屏上,

,

所以.

(3)要保持一个完整波形,需每隔周期T回到初始位置,设某个电子运动轨迹如图所示,有

,

又知 

联立得 .

由相似三角形的性质,得,

则 ,

峰值为 .

波形图如下

点评:(1)示波器的原理是带电粒子经电场加速后进入偏转电场,如果偏转电场电压恒定时带电粒子做类平抛运动,根据两方向的运动规律求解,而如果是变化的电压,需找出偏转位移与电压的关系,进一步求出要求的量.(2)示波管中的电子因重力忽略不计,因此电子离开偏转电场后向屏上的运动,不再是曲线运动而是匀速直线运动.其在荧光屏上偏离中心O的距离y,既可以用在偏转电场中的偏转距离和离开偏转电场后偏转距离之和求出,又可以用其离开偏转电场好似从板间出射出的数学法(相似三角形法或三角函数法)求出.

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简答题

质量m=kg,q=C的带电粒子以=1m/s的初速水平射入AB两板间的匀强电场,从A射入,保持水平运动从B'处射出, 已知两板间距为3cm,板长AA'=BB'=4cm,

求 :①粒子在两板间作何种运动?

②两板间电势差多大?哪板带正电荷?

③粒子从B'出射时速度多大?

正确答案

(1) 作匀减速运动,a=-7.5m/s2 (2)37.5V,上板带正电荷(3)0.5m/s

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简答题

如图所示,ab、cd为平行金属板,板间有匀强电场,场强为E,板间同时存在垂直于纸面的匀强磁场,磁感强度为B,一电荷量为+q,质量为m的粒子,以初速度垂直极板射入极间场区,粒子做曲线运动至M点时速度方向与极板平行,此时带电粒子恰与另一静止的质量与它相同的不带电粒子吸附在一起(其相互作用时间极短),然后做匀速直线运动,(不计粒子的重力)求:

(1)带电粒子在M点吸附另一粒子前的速度?

(2)ab极板所带的电性及M点距ab板的距离多大?

正确答案

(1))         (2)

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简答题

如图20所示,绝缘长方体B置于水平面上,两端固定一对平行带电极板,极板间形成匀强电场E。长方体B的上表面光滑,下表面与水平面的动摩擦因数=0.05(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同)。B与极板的总质量=1.0kg.带正电的小滑块A质量=0.60kg,其受到的电场力大小F=1.2N.假设A所带的电量不影响极板间的电场分布。t=0时刻,小滑块A从B表面上的a点以相对地面的速度=1.6m/s向左运动,同时,B(连同极板)以相对地面的速度=0.40m/s向右运动。问(g取10m/s2

(1)A和B刚开始运动时的加速度大小分别为多少?

(2)若A最远能到达b点,a、b的距离L应为多少?从t=0时刻至A运动到b点时,摩擦力对B做的功为多少?

正确答案

见解析

⑴由牛顿第二定律

A刚开始运动时的加速度大小 方向水平向右

B刚开始运动时受电场力和摩擦力作用

由牛顿第三定律得电场力

摩擦力

B刚开始运动时的加速度大小方向水平向左

⑵设B从开始匀减速到零的时间为t1,则有

此时间内B运动的位移

t1时刻A的速度,故此过程A一直匀减速运动。

此t1时间内A运动的位移

此t1时间内A相对B运动的位移

此t1时间内摩擦力对B做的功为

t1后,由于,B开始向右作匀加速运动,A继续作匀减速运动,当它们速度相等时A、B相距最远,设此过程运动时间为t2,它们速度为,则有

对A      速度www.

对B  加速度

速度

联立以上各式并代入数据解得  

此t2时间内A运动的位移

此t2时间内B运动的位移

此t2时间内A相对B运动的位移

此t2时间内摩擦力对B做的功为

所以A最远能到达b点a、b的距离L为

从t=0时www.刻到A运动到b点时,摩擦力对B做的功为

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简答题

如图所示,长为L(L=ab=dc)高为H(H=bc=ad)的矩形区域abcd内存在着匀强电场。电量为q、初动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场,不计重力。若粒子从c点离开电场,求电场强度的大小E和粒子离开电场时的动能

正确答案

E=   5Ek

试题分析:  L=v0t,L=

所以E=,qEL=Ekt-Ek

所以Ekt=qEL+Ek=5Ek

点评:本题关键将带电粒子的运动沿初速度方向和电场方向进行正交分解,然后根据牛顿第二定律和运动学公式列式求解.

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简答题

在真空管内,阴极与阳极之间的电压为36V,阴极加热后发射热电子打在阳极上,测得阳极电流 I 为3.2mA.计算:(1)阴极每秒钟发射出的电子数;(2)假设电子离开阴极的速度为零,电子达到阳极前的速度是多大?(3)阳极上受到的撞击力大小?(4)阳极上由于电子碰撞,每秒钟产生的热量是多少焦(电子质量m=0.91×kg)?

正确答案

(1)(2)(3)(4)0.11J

百度题库 > 高考 > 物理 > 带电粒子在电场中的运动

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