- 带电粒子在电场中的运动
- 共5409题
在水平放置的两块金属板AB上加上不同电压,可以使从炽热的灯丝释放的电子以不同速度沿直线穿过B板中心的小孔O进入宽度为L的匀强磁场区域,匀强磁场区域的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。若在A、B两板间加上电压U0时,电子不能穿过磁场区域而打在B板延长线上的P点,如图所示。已知电子的质量为m,电荷量为e,并设电子离开A板时的初速度为零。
(1)在A、B两板间加上电压U0时,求电子穿过小孔O的速度大小v0;
(2)求P点距小孔O的距离x;
(3)若改变A、B两板间的电压,使电子穿过磁场区域并从边界MN上的Q点射出,且从Q点穿出时速度方向偏离原来的方向的角度为θ,则A、B两板间电压U为多大?
正确答案
解:(1)电子在AB板间电场中加速时,由动能定理得
解得
(2)电子进入磁场区域做匀速圆周运动,由牛顿第二定律可得
解得
所以
(3)若在A、B两板间加上电压U时,电子在AB板间加速后穿过B板进入磁场区域做圆周运动,并从边界MN上的Q点穿出,由动能定理可得
由牛顿第二定律可得
且由几何关系可知
所以
如图所示,K与虚线MN之间是加速电场,虚线MN与PQ之间是匀强电场,虚线PQ与荧光屏之间是匀强磁场,且MN、PQ与荧光屏三者互相平行,电场和磁场的方向如图所示,图中A点与O点的连线垂直于荧光屏.一带正电的粒子从A点离开加速电场,速度方向垂直于偏转电场方向射入偏转电场,在离开偏转电场后进入匀强磁场,最后恰好垂直地打在荧光屏上.已知电场和磁场区域在竖直方向足够长,加速电场电压与偏转电场的场强关系为U=Ed,式中的d是偏转电场的宽度,磁场的磁感应强度B与偏转电场的电场强度E和带电粒子离开加速电场的速度v0关系符合表达式v0=
.若题中只有偏转电场的宽度d为已知量。
(1)画出带电粒子轨迹示意图。
(2)磁场的宽度L为多少?
(3)带电粒子在电场和磁场中垂直于v0方 向的偏转距离分别是多少?
正确答案
(1)轨迹如图所示;(2)L= d;(3)0.914d
试题分析: (1)轨迹如图所示。
(2)粒子在加速电场中,由动能定理有
粒子在匀强电场中做类平抛运动,设偏转角为,有
U=
Ed
解得:θ=45º
由几何关系得,带电粒子离开偏转电场速度为
粒子在磁场中运动,由牛顿第二定律有:qvB=m
在磁场中偏转的半径为
由图可知,磁场宽度L=Rsinθ="d"
(3)由几何关系可得:
带电粒子在偏转电场中距离为,
在磁场中偏转距离为
粒子在电场、磁场中偏转的总距离为△y=△y1+△y2=0.914d
如右图所示,水平放置的两平行金属板间距为 d ,电压大小为U,上板中央有孔,在孔正下方的下板表面上有一个质量为 m、、电量为-q的小颗粒,将小颗粒由静止释放,它将从静止被加速,然后冲出小孔,则它能上升的最大高度 h = ______
正确答案
从由静止释放到上升到最高点:根据动能定理:
所以上升的最大高度为:h =
伦琴射线照射未带电的平行板电容器的一块极板,电子以速度V=m/s从板中逃逸出来,汇聚在第二块板上,如果每秒钟从板上每平方厘米上逃逸电子数n=
个,电容器电容C=2.56×
F,极板面积S=1.82
,电子质量m=0.91×
kg,试问经过多少时间两极间的光电流停止?
正确答案
:
在电场中移动电荷量为8×10-8C的小球从A点运动到B点,电场力做功1.6×10-3J,求:求该两点间的电势差?该电荷的带电量为-2.5×10-8C,则电场力做多少功,做正功还是负功?
正确答案
负功
电势差
荷带电量为,则电场力做负功,
S1漂入电势差为U的匀强电场,被加速后经孔S2、S3垂直于磁场方向(该方向垂直于纸面)进入磁感应强度为B的匀强磁场。在磁场中离子沿虚线所示轨迹运动,最后打在照相底片上的D处。
(1)求出离子经孔S2进入磁场时的速率。
(2)求出D位置到孔S3的距离。
正确答案
(1) (2)
(1)离子在电场中被加速,设离子到达孔S3时的速率为v
由动能定理有 ………………1分
解得 …………1分
(2)离子在磁场中做匀速圆周运动,设轨道半径为R
由牛顿定律有 ………………1分
解得
所以 ………………1分
如图所示,在xOy坐标平面的第一象限内有一沿-y方向的匀强电场,在第四象限内有一垂直于平面向外的匀强磁场。现有一质量为m,带电量为+q的粒子(重力不计)以初速度v0沿-x方向从坐标为(3L,L)的P点开始运动,接着进入磁场后由坐标原点O射出,射出时速度方向与y轴方向的夹角为45°,求:
(1)粒子从O点射出时的速度v和电场强度E;
(2)粒子从P点运动到O点所用的时间。
正确答案
(1)
(2)
(1)根据对称性可知,粒子在Q点速度大小为V,方向与x轴成450
3分
P到Q过程, 4分
2分
(2)在Q点, 1分
P到Q的时间: 2分
PQ水平位移 2分
1分
Q到O时间: 2分
得
1分
所以 1分
1分
(22分)离子推进器是太空飞行器常用的动力系统,某种推进器设计的简化原理如图1所示,截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区。I为电离区,将氙气电离获得1价正离子II为加速区,长度为L,两端加有电压,形成轴向的匀强电场。I区产生的正离子以接近0的初速度进入II区,被加速后以速度vM从右侧喷出。I区内有轴向的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子。假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动,截面如图2所示(从左向右看)。电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角(0<α<90◦)。推进器工作时,向I区注入稀薄的氙气。电子使氙气电离的最小速度为v0,电子在I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大,电离效果越好。已知离子质量为M;电子质量为m,电量为e。(电子碰到器壁即被吸收,不考虑电子间的碰撞)。
(1)求II区的加速电压及离子的加速度大小;
(2)为取得好的电离效果,请判断I区中的磁场方向(按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”);
(3)α为90◦时,要取得好的电离效果,求射出的电子速率v的范围;
(4)要取得好的电离效果,求射出的电子最大速率vM与α的关系。
正确答案
(1) (2)垂直纸面向外 (3)
(4)
试题分析:(1)由动能定律得
(2)垂直纸面向外
(3)设电子运动的最大半径为r,则
所以有,磁感应强度满足
(4)如图所示
根据几何关系得:
解得:
某一平行板电容器两端电压是U,间距为d,设其间为匀强电场,如图所示.现有一质量为m的小球,以速度v0射入电场,v0的方向与水平成45°斜向上;要使小球做直线运动,则
(1)小球带何种电荷?电量是多少?
(2)在入射方向上的最大位移是多少?
正确答案
解:小球做直线运动,受力分析如图:可知小球带正电荷 (1分)
(1分)
(1分)
解得: (1分)
由牛顿第二定律得: (1分)
由运动学的公式得: (1分)
解得: (1分)
略
如图所示,相距为d的两平行金属板M、N与电池组相连后,其间形成匀强电场.一带正电的粒子从M板的边缘垂直于电场方向射入,并打在N板的正中央,不计粒子的重力.现欲把N板远离M板平移,使原样射入的粒子能够射出电场,就下列两种情况,求出N板至少移动的距离.
(1)开关S闭合.
(2)把闭合的开关S打开.
正确答案
(1)d(2)3d
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