- 带电粒子在电场中的运动
- 共5409题
如图是一个说明示波管工作的原理图,电子经加速电场(加速电压为U1)加速后垂直进入偏转电场,离开偏转电场时偏转量是h,两平行板间的距离为d,偏转电压为U2,板长为L,每单位偏转电压引起的偏移m=9×10-31kg,叫做示波管的灵敏度,其值越大灵敏度越高.为了提高灵敏度,可采用下列哪些方法( )
正确答案
解析
解:电子在加速电场中加速,根据动能定理可得:
eU1=mv02
所以电子进入偏转电场时速度的大小为:
v0=
电子进入偏转电场后的偏转的位移为:
h=at2=
将v0代入得h=
所以示波管的灵敏度:
=
所以要提高示波管的灵敏度可以增大L,减小d和减小U1,所以ACD错误,B正确.
故选:B.
如图所示是示波管的原理示意图.质量为m电量为e的电子从灯丝发射出来,经电压为U1的电场加速后,通过加速极板A上的小孔O1射出,沿中心线O1O2进入MN间的偏转电场,O1O2与偏转电场方向垂直,偏转电场的电压为U2,经过偏转电场的右端P1点离开偏转电场,然后打在垂直O1O2放置的荧光屏上的P2点.已知平行金属极板MN间的距离为d,极板长度为L,极板的右端与荧光屏之间的距离为L’.不计电子之间的相互作用力及其所受的重力,且电子离开灯丝时的初速度可忽略不计.
(1)求电子通过P1点时偏离中心线O1O2的距离;
(2)若O1O2的延长线交于屏上O3点,而P2点到O3点的距离称为偏转距离y,单位偏转电压引起的偏转距离(即)称为示波管的灵敏度.求该示波管的灵敏度.
正确答案
解:(1)电子由灯丝到O1的过程中,电场力对电子做功.设电子通过O1点的速度大小为v1,根据动能定理有:
eU1=mv12
解得:v1=
电子在偏转电场中运动的过程中,沿O1O3方向以速度v1做匀速运动,垂直O1O3方向做初速度为0的匀加速直线运动,设电子的加速度为a.根据牛顿第二定律:
=ma
设电子在偏转场中运动的时间为t1,则,L=v1t1
根据运动学公式,得电子在垂直O1O3方向的位移:
y1=a
=
;
(2)电子离开偏转板时,垂直O1O3方向的初速度:v2=at1=
从P2到P3的运动时间:t2=
电子离开偏转板后,垂直O1O3方向运动的位移:y2=v2t2==
P2点与O3点的距离:y=y1+y2=
该示波器的灵敏度:=
(
+L′)
答:(1)求电子通过P1点时偏离其通过O1点时运动方向的距离大小;
(2)则该示波器的灵敏度=
(
+L′).
解析
解:(1)电子由灯丝到O1的过程中,电场力对电子做功.设电子通过O1点的速度大小为v1,根据动能定理有:
eU1=mv12
解得:v1=
电子在偏转电场中运动的过程中,沿O1O3方向以速度v1做匀速运动,垂直O1O3方向做初速度为0的匀加速直线运动,设电子的加速度为a.根据牛顿第二定律:
=ma
设电子在偏转场中运动的时间为t1,则,L=v1t1
根据运动学公式,得电子在垂直O1O3方向的位移:
y1=a
=
;
(2)电子离开偏转板时,垂直O1O3方向的初速度:v2=at1=
从P2到P3的运动时间:t2=
电子离开偏转板后,垂直O1O3方向运动的位移:y2=v2t2==
P2点与O3点的距离:y=y1+y2=
该示波器的灵敏度:=
(
+L′)
答:(1)求电子通过P1点时偏离其通过O1点时运动方向的距离大小;
(2)则该示波器的灵敏度=
(
+L′).
如图为示波管中偏转电极的示意图,相距为d长度为l的平行板A、B加上电压后,可在A、B之间的空间中(设为真空)产生电场(设为匀强电场).在AB左端距A、B等距离处的O点,有一电荷量为+q、质量为m的粒子以初速v0沿水平方向(与A、B板平行)射入.不计重力,要使此粒子能从板边缘C处射出,则A、B间的电压应为( )
正确答案
解析
解:将粒子的运动沿着水平和竖直方向正交分解,水平方向做匀速运动,竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动;
水平分位移为:
l=v0t ①
竖直分位移为:
d=
•
•t2 ②
联立解得:
U=
故选:B.
在如图甲所示的示波管中,如果只在偏转电极YY′上加电压,则电子离开偏转电极YY′后沿直线前进,打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移y′(如图乙所示).设电子的质量为m,电荷量为q,进入偏转电极YY′时的速度为v0,偏转电极YY′的两极板间恒定电压为U,间距为d,极板长为L1,极板右端到荧光屏的距离为L2.
求:
(1)偏转角度φ的正切值tanφ=?
(2)打在荧光屏上时偏移y′=?
正确答案
解:(1)电子在YY‘内,做类平抛运动,由牛顿第二定律,有:
a=…①
根据类似平抛运动的分运动公式,有:
vx=v0…②
vy=at…③
L1=v0t…④
tanφ=…⑤
联立②③④⑤解得;
tanφ==
(2)类似平抛运动的末速度的反向延长线通过水平分位移的中点,结合几何关系,有:
tanφ=
解得:y′=()tanφ=(
)
答:(1)偏转角度φ的正切值tanφ为;
(2)打在荧光屏上时偏移y′为()
.
解析
解:(1)电子在YY‘内,做类平抛运动,由牛顿第二定律,有:
a=…①
根据类似平抛运动的分运动公式,有:
vx=v0…②
vy=at…③
L1=v0t…④
tanφ=…⑤
联立②③④⑤解得;
tanφ==
(2)类似平抛运动的末速度的反向延长线通过水平分位移的中点,结合几何关系,有:
tanφ=
解得:y′=()tanφ=(
)
答:(1)偏转角度φ的正切值tanφ为;
(2)打在荧光屏上时偏移y′为()
.
如图所示为电子显示仪器(如示波器)的核心部件.如图所示,左边部分为加速装置,阴极产生的热电子(电荷量为e,质量为m)由静止开始经加速电压μ1加速后,进入板长为l,间距为d,直流电压为μ2的偏转电场区域,偏转区域右侧为荧光屏,电子轰击荧光屏能够显示出光斑P.依据上述信息,求:
(l)电子离开加速电场时的速度大小;
(2)电子离开偏转电场时的速度与进入时速度的夹角的正切值;
(3)若把某时刻做为计时起点t=0,从该时刻起显示屏由静止开始向左做加速度为a的匀加速直线运动,试定量说明光斑在屏上的运动性质.
正确答案
解:(1)电子在加速电场中,根据动能定理得,eu1=mv2;①
则得:v= ②
(2)电子在偏转电场中运动的时间 t= ③
加速度 a==
④
电子离开偏转电场时竖直分速度大小 vy=at ⑤
在偏转电场中的偏转角的正切 tanθ= ⑥
联立②③④⑤⑥得:tanθ=
(3)光屏在t时间内向左运动的位移 x=
光斑在竖直方向的位移 y=xtanθ=•
=
(
)t2
可知光斑在竖直方向上做初速度为0、加速度为的匀加速直线运动.
答:
(l)电子离开加速电场时的速度大小为;
(2)电子离开偏转电场时的速度与进入时速度的夹角的正切值为;
(3)光斑在竖直方向上做初速度为0、加速度为的匀加速直线运动.
解析
解:(1)电子在加速电场中,根据动能定理得,eu1=mv2;①
则得:v= ②
(2)电子在偏转电场中运动的时间 t= ③
加速度 a==
④
电子离开偏转电场时竖直分速度大小 vy=at ⑤
在偏转电场中的偏转角的正切 tanθ= ⑥
联立②③④⑤⑥得:tanθ=
(3)光屏在t时间内向左运动的位移 x=
光斑在竖直方向的位移 y=xtanθ=•
=
(
)t2
可知光斑在竖直方向上做初速度为0、加速度为的匀加速直线运动.
答:
(l)电子离开加速电场时的速度大小为;
(2)电子离开偏转电场时的速度与进入时速度的夹角的正切值为;
(3)光斑在竖直方向上做初速度为0、加速度为的匀加速直线运动.
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,已知电子质量为m,带电量为-e,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:(1)电子离开加速电场时的速度;
(2)电子打在荧光屏上的偏距OP.
正确答案
解:(1)在加速电场中,根据动能定理得:U1q=
得:
(2)电子进入偏转电场后做类平抛运动,则有:
水平方向有:
竖直方向有:a= y=
电子离开电场时竖直分速度为 vy=at=,
则 tanα==
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,则到达荧光屏的时间为:
偏转距离为 y′=vyt2==
所以 y2=y′+y1=.
答:
(1)电子离开加速电场的速度v1为
(2)电子打在荧光屏上的偏距op为
解析
解:(1)在加速电场中,根据动能定理得:U1q=
得:
(2)电子进入偏转电场后做类平抛运动,则有:
水平方向有:
竖直方向有:a= y=
电子离开电场时竖直分速度为 vy=at=,
则 tanα==
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,则到达荧光屏的时间为:
偏转距离为 y′=vyt2==
所以 y2=y′+y1=.
答:
(1)电子离开加速电场的速度v1为
(2)电子打在荧光屏上的偏距op为
如图所示为真空示波管的示意图,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,然后进入由两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场),电子进入偏转电场时的速度与电场方向垂直,电子经过偏转电场偏转打在荧光屏上的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L1,板右端到荧光屏的距离为L2,电子的质量为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)荧光屏上P点到中心位置O点的距离y.
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a,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:
水平方向有:L1=v0t1
竖直方向有:y1=at12,
联立解得: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=.
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y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a,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:
水平方向有:L1=v0t1
竖直方向有:y1=at12,
联立解得: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=.
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y为
.
如图所示为示波管的示意图,以屏幕的中心为坐标原点,建立如图所示的直角坐标系xoy,当在XX′这对电极上加上恒定的电压UXX′=2V,同时在YY′电极上加上恒定的电压UYY′=-1V时,荧光屏上光点的坐标为(4,-1),则当在XX′这对电极上加上恒定的电压UXX′=1V,同时在YY′电极上加上恒定的电压UYY′=2V时,荧光屏上光点的坐标为( )
正确答案
解析
解:电子在YY‘内的加速度为a=,在YY'内运动的时间:t=
所以,偏转位移y==
UYY′
由此可以看出偏转位移和电压成正比,同理可以证明在XX′方向上的偏转位移也与电压成正比,
所以根据题意得:,
解得:x=2,y=2
所以荧光屏上光点的坐标为(2,2)
故选C
示波器的示波管可以视为加速电场与偏转电场的组合(如图).当加速电压为U1,偏转电压为U2,偏转极板长为L,板间距为d时,电子打在荧光屏上形成光斑P,则( )
正确答案
解析
解:
A、偏转电场的电场强度 E=,只增大d,则E减小,故A错误.
B、C、D、在加速电场中,根据动能定理得,qU1=mv2;①
粒子在偏转电场中运动的时间 t=,②
在偏转电场中的偏转位移 y==
③
由①③得:y= ④
只增大L,由③式知y增大,荧光屏上光斑P的位置向上移动;
只增大U1,由①知v增大,由②知电子穿越偏转电场时间t变短;
只增大U2,由③式知y增大,荧光屏上光斑P的位置向上移动;故B错误,CD正确.
故选:CD.
如图所示是电视机显像管的示意图.电子枪发射电子经加速电场加速后,再经过偏转线圈打到荧光屏上.某次使用时,电视画面的幅度比正常情况偏小,引起这种现象的原因是( )
正确答案
解析
解:如果发现电视画面幅度比正常时偏小,是由于电子束的偏转角减小,即电子的轨道半径增大所致.
A、当加速电场电压过低,电子获得的速率偏小,由公式r=可知电子运动半径减小,从而使偏转角度增大,导致画面比正常偏大,故A错误;
B、当偏转线圈电流过大,偏转磁场增时,从而导致电子运动半径变小,偏转角度增大;所以导致画面比正常偏大,故B错误;
C、电子枪发射能力减弱,电子数减少,但运动的电子速率及磁场不变,由公式r=,电子在磁场中轨道半径不变,通过磁场后偏转角不变,因此不会影响电视画面偏大或小,故C错误;
C、当偏转线圈匝间短路,线圈匝数减小时,导致偏转磁场减小,由公式r═,可知电子的运动半径增大,所以导致画面比正常偏小,故D正确;
故选:D
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