- 带电粒子在电场中的运动
- 共5409题
高中物理的学习让我们了解到了很多领域中的物理学知识的技术应用,请判断下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、示波管的工作原理是利用电场实现对带电粒子偏转运动的控制,故A错误;
B、电视机中的显像管是利用磁场实现对带电粒子偏转运动的控制,故B正确;
C、根据圆周运动的周期公式T=,可知,周期与峰值无关,故C错误;
D、沿着直线射出的粒子,电场力与洛伦兹力平衡,而不同的电性电荷,不会影响电场力与洛伦兹力平衡条件,故D错误;
故选:B.
如图所示为一真空示波管的示意图,电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计),经灯丝与A板间的电压U1=2500V加速,从A板中心孔沿中心线KO射出,然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场),电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直,电子经过电场后打在荧光屏上的P点.已知M、N两板间的电压为U2=200V,两板间的距离为d=2cm,板长为L1=6.0cm,电子的质量为m=0.9×10-31kg,电荷量为e=1.6×10-19C,不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力.
(1)求电子穿过A板时速度v0的大小;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y.
正确答案
解:(1)根据动能定理得:,
解得:=3.0×107m/s.
(2)电子以速度v0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动.设偏转电场的电场强度为E,电子在偏转电场中运动的时间为t,加速度为a,电子离开偏转电场时的侧移量为y.由牛顿第二定律和运动学公式有:
t=
F=ma
F=eE
E=
a=
y=at2
由以上各式可解得:y==0.36m
答:(1)电子穿过A板时速度v0的大小为3.0×107m/s.;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y为0.36m
解析
解:(1)根据动能定理得:,
解得:=3.0×107m/s.
(2)电子以速度v0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动.设偏转电场的电场强度为E,电子在偏转电场中运动的时间为t,加速度为a,电子离开偏转电场时的侧移量为y.由牛顿第二定律和运动学公式有:
t=
F=ma
F=eE
E=
a=
y=at2
由以上各式可解得:y==0.36m
答:(1)电子穿过A板时速度v0的大小为3.0×107m/s.;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y为0.36m
如图所示,为一示波管的示意图,阴极和阳极间的加速电压U1=2500V,偏转板y1和y2间的偏转电压为U2=200V,两板间距离为d=2.0cm,板长为L=6.0cm,偏转板右侧到荧光屏的距离为l=18.0cm.已知电子的质量m=0.90×10-30kg和电子的电荷量e=1.60×10-19C.从阴极发射出的电子(设初速为零),经阴极和阳极间电场加速后,又经匀强电场作用打在荧光屏的P点上,求:
(1)电子从阳极小孔中穿出时速度v0的大小;
(2)电子射出偏转电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y;
(3)P点到荧光屏中心O的距离Y;(本题结果保留两位有效数字)
正确答案
解:(1)电子在加速电场中加速,由动能定理得:mv02=eU1
得:v0==
m/s≈3.0×107m/s
(2)电子在偏转电场中的加速度 a=
在偏转电场中的运动时间 t=
垂直于板面方向偏移的距离 y=at2
得 y==
cm=0.36cm
(3)离开电场时,垂直于板面的分速度vy=at=•
设离开电场时的偏转角度为θ,有 tanθ==
=
=
P点到荧光屏中心O的距离Y=y+ltanθ=0.36+18×≈2.5cm
答:(1)电子从阳极小孔中穿出时速度v0的大小为3.0×107m/s;(2)电子射出偏转电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y为0.36cm;(3)P点到荧光屏中心O的距离Y为2.5cm
解析
解:(1)电子在加速电场中加速,由动能定理得:mv02=eU1
得:v0==
m/s≈3.0×107m/s
(2)电子在偏转电场中的加速度 a=
在偏转电场中的运动时间 t=
垂直于板面方向偏移的距离 y=at2
得 y==
cm=0.36cm
(3)离开电场时,垂直于板面的分速度vy=at=•
设离开电场时的偏转角度为θ,有 tanθ==
=
=
P点到荧光屏中心O的距离Y=y+ltanθ=0.36+18×≈2.5cm
答:(1)电子从阳极小孔中穿出时速度v0的大小为3.0×107m/s;(2)电子射出偏转电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y为0.36cm;(3)P点到荧光屏中心O的距离Y为2.5cm
如图所示的示波管,电子由阴极发射后,经电子枪加速水平飞入偏转电场,最后打在荧光屏上,已知加速电压为U1,偏转电压为U2,两偏转极板间距为d,板长为L1,从偏转极板到荧光屏的距离为L2,求电子打在荧光屏上的偏距OP.
正确答案
解:设电子到达O1时的速度为v,则有:
eU1=mv2
设电子在偏转电场MN中运动的加速度为a,运动时间为t,则有:
a=t=
则有:y=at2=
…①
由图中三角形相似得:=
…②
由①②得:OP=y+y=
+
=
(L+2D)
答:电子打在荧光屏上的偏距OP为(L+2D).
解析
解:设电子到达O1时的速度为v,则有:
eU1=mv2
设电子在偏转电场MN中运动的加速度为a,运动时间为t,则有:
a=t=
则有:y=at2=
…①
由图中三角形相似得:=
…②
由①②得:OP=y+y=
+
=
(L+2D)
答:电子打在荧光屏上的偏距OP为(L+2D).
如图所示为一真空示波器,电子从灯丝K发出(初速度不计),经灯丝与A板间的加速电压U1加速,从A板中心孔沿中心线KO射出,然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场),电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直,电子经过偏转电场后打在荧光屏上的P点.已知加速电压为U1,M、N两板间的电压为U2,两板间的距离为d,板长为L1,板右端到荧光屏的距离为L2,电子质量为m,电荷量为e.不计重力,求:
(1)电子穿过A板时的速度大小;
(2)P点到O点的距离.
(3)电子打在荧光屏上的动能大小.
正确答案
解:(1)设电子经电压U1加速后的速度为V0,
由动能定理得:eU1=mv02,
解得:v0=;
(2)电子以速度υ0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,设偏转电场的电场强度为E,电子在偏转电场中运动的时间为t1,电子的加速度为α,离开偏转电场时的侧移量为y1,
由牛顿第二定律得:F=eE2=e=ma,解得:a=
,
由运动学公式得:L1=v0t1,y1=at12,解得:y1=
;
设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为υy,
由匀变速运动的速度公式可知υy=at1;
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,设电子离开偏转电场后打在荧光屏上所用的时间为t2,电子打到荧光屏上的侧移量为y2,
如图所示,水平方向:L2=v0t2,竖直方向:y2=vyt2,
解得:y2=;
P至O点的距离y=y1+y2=;
(3)根据动能定理:电子打在荧光屏上的动能大小:Ek=eU1+eE•y2=eU1+
答:(1)电子穿过A板时的速度大小为;
(2)荧光屏上P点到中心位置O点的距离为;
(3)电子打在荧光屏上的动能大小eU1+.
解析
解:(1)设电子经电压U1加速后的速度为V0,
由动能定理得:eU1=mv02,
解得:v0=;
(2)电子以速度υ0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,设偏转电场的电场强度为E,电子在偏转电场中运动的时间为t1,电子的加速度为α,离开偏转电场时的侧移量为y1,
由牛顿第二定律得:F=eE2=e=ma,解得:a=
,
由运动学公式得:L1=v0t1,y1=at12,解得:y1=
;
设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为υy,
由匀变速运动的速度公式可知υy=at1;
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,设电子离开偏转电场后打在荧光屏上所用的时间为t2,电子打到荧光屏上的侧移量为y2,
如图所示,水平方向:L2=v0t2,竖直方向:y2=vyt2,
解得:y2=;
P至O点的距离y=y1+y2=;
(3)根据动能定理:电子打在荧光屏上的动能大小:Ek=eU1+eE•y2=eU1+
答:(1)电子穿过A板时的速度大小为;
(2)荧光屏上P点到中心位置O点的距离为;
(3)电子打在荧光屏上的动能大小eU1+.
电视机的显像管中,电子束的偏转是用磁偏转技术实现的.电子束经过加速电场后,进入一圆形匀强磁场区,磁场方向垂直于圆面.不加磁场时,电子束将通过磁场中心O点而打到屏幕上的中心M,加磁场后电子束偏转到P点外侧.现要使电子束偏转回到P点,可行的办法是( )
正确答案
解析
解:电子在加速电场中:根据动能定理得
qU=mv2,得到v=
=
电子进入磁场过程:由evB=m 得,电子的轨迹半径为r=
=
设磁场的半径为R,电子经过磁场后速度的偏向角为θ,根据几何知识得:tan=
;
A、增大加速电压U时,由上可知,r增大,θ减小,可使电子束偏转回到P点.故A正确.
B、增加偏转磁场的磁感应强度B时,r减小,θ增大,电子向上偏转,不能使电子束偏转回到P点.故B错误.
C、将圆形磁场区域向屏幕增大些时,电子的偏向角不变,根据几何知识可知,不能使电子束偏转回到P点.故C错误.
D、将圆形磁场的半径增大些时,r不变,θ增大,电子向上偏转,不能使电子束偏转回到P点.故D错误.
故选:A.
如图所示为一真空示波管的示意图,电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计),经灯丝与A板间的电压U1加速,从A板中心孔沿中心线KO射出,然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场),电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直,电子经过偏转电场后打在荧光屏上的P点.已知M、N两板间的电压为U2,两板间的距离为d,板长为L,电子的质量为m,电荷量为e,求:
(1)电子穿过A板时速度V0的大小;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y;
(3)要使电子能从偏转电场飞出,偏转电场极板上最大电压U2′多大?
正确答案
解:(1)设电子经电压U1加速后的速度为V0,
由动能定理得:eU1=mv02,
解得:v0=;
(2)电子以速度υ0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,
沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,设偏转电场的电场强度为E,
电子在偏转电场中运动的时间为t1,电子的加速度为α,离开偏转电场时的侧移量为y1,
由牛顿第二定律得:F=eE2=e=ma,
解得:a=,
由运动学公式得:L=v0t1,y1=at12,
解得:y1=;
(3)刚好飞出时偏转量为
即
U=
答:(1)电子穿过A板时速度V0的大小为;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y为;
(3)要使电子能从偏转电场飞出,偏转电场极板上最大电压U2′为
解析
解:(1)设电子经电压U1加速后的速度为V0,
由动能定理得:eU1=mv02,
解得:v0=;
(2)电子以速度υ0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,
沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,设偏转电场的电场强度为E,
电子在偏转电场中运动的时间为t1,电子的加速度为α,离开偏转电场时的侧移量为y1,
由牛顿第二定律得:F=eE2=e=ma,
解得:a=,
由运动学公式得:L=v0t1,y1=at12,
解得:y1=;
(3)刚好飞出时偏转量为
即
U=
答:(1)电子穿过A板时速度V0的大小为;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y为;
(3)要使电子能从偏转电场飞出,偏转电场极板上最大电压U2′为
(2015秋•蓟县期中)在示波管中,电子枪3s内发射了6×1015个电子,则电流的大小为______.
正确答案
3.2×10-4A
解析
解:每个电子的电荷量大小为:e=1.6×10-19C,
6×1015个电子总电荷量为:q=6×1015×1.6×10-19C=9.6×10-4C,
则示波管中电流大小为:I==
=3.2×10-4A.
故答案为:3.2×10-4A
一束初速度不计的电子在经U的加速电压加速后,在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若板间距离d,板长l,偏转电极边缘到荧光屏的距离为D,偏转电场只存在于两个偏转电极之间.已知电子质量为m,电荷量为e,求:
(1)电子经过偏转电场的时间;
(2)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?
(3)电子最远能够打到离荧光屏上中心O点多远处?
正确答案
解:(1)设电子流经加速电压后的速度为v0,则由动能定理有:
qU=m
又 q=e
得:v0=
电子经过偏转电场时做类平抛运动,运动时间为:
t==l
(2)设两极板上最多能加的电压为U′,要使电子能从平行板间飞出则电子的最大侧移量为:,
则有:=
at2;
又a=
联立以上三式得:U′=
(3)从板边缘飞出到荧光屏上离O点最远.这时
速度偏向角的正切 tanα==
而vy=at
则得 tanα=
离O点最远距离Y=Y′+ d
联立得:Y=d
答:(1)电子经过偏转电场的时间为l;
(2)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加的电压;
(3)电子最远能够打到离荧光屏上中心O点d.
解析
解:(1)设电子流经加速电压后的速度为v0,则由动能定理有:
qU=m
又 q=e
得:v0=
电子经过偏转电场时做类平抛运动,运动时间为:
t==l
(2)设两极板上最多能加的电压为U′,要使电子能从平行板间飞出则电子的最大侧移量为:,
则有:=
at2;
又a=
联立以上三式得:U′=
(3)从板边缘飞出到荧光屏上离O点最远.这时
速度偏向角的正切 tanα==
而vy=at
则得 tanα=
离O点最远距离Y=Y′+ d
联立得:Y=d
答:(1)电子经过偏转电场的时间为l;
(2)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加的电压;
(3)电子最远能够打到离荧光屏上中心O点d.
如图所示是示波管工作原理的示意图,电子经电压U1加速后以速度v0垂直进入偏转电场,离开电场时的偏转量为h.两平行板间的距离为d,电势差为U2,板长为L.为了提高示波管的灵敏度(即每单位电压引起的偏转量h/U2),可采取的方法是 ( )
正确答案
解析
解:带电粒子加速时应满足:qU1=mv02
带电粒子偏转时,由类平抛规律,应满足:L=v0t h=at2 a=
=
联立以上各式可得h=
可见,灵敏度与U2无关,所以A错误.
故选CD.
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