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题型:简答题
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简答题

如图所示,平面直角坐标系xoy内,在x≤0的区域内分布着匀强电场,其等势线如图中虚线所示(相邻等势面间的距离相等).在A点源源不断的产生速率为零、质量为m、电荷量为+q的粒子,经电场加速后从O点进入一个圆形的匀强磁场区,其磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,其半径为R,直径OB在x轴上.在x=4R处有一个垂直x轴很大的光屏,与x轴的交点为C,粒子打在光屏上可出现亮点.设粒子的重力不计,A点所在的等势面电势为零,D点的电势为

(1)求从A点产生的粒子经电场和磁场后,打在光屏上的位置.

(2)若将圆形磁场区以O点为轴,整体逆时针将OB缓慢转过90度角(与y轴重合),求此过程中粒子打在光屏上的点距C点的最远距离.

正确答案

A与O间的电势差U=4UDA=4×=

粒子经过电场加速过程中,由动能定理得:qU=mv2-0,

解得:v=

粒子进入磁场做圆周运动轨道半径为r,

由牛顿第二定律:qvB=,解得:r=2R,

粒子运动轨迹如图甲所示,粒子做圆周运动的圆心角为2θ,

由几何关系得:tanθ==,tan2θ=

tan2θ==,解得:CF=4R,

故所以F点的坐标为(4R,4R);

(2)当圆形磁场旋转时,粒子做圆周运动的圆心和轨迹都不变,

当粒子在磁场中对应的弦长为直径时对应的坐标最大打到距离c点最远处如图乙所示,

由图中几何关系得:R=rsinβ,tan2β=,解得:CF=(4-2)R;

答:(1)从A点产生的粒子经电场和磁场后,打在光屏上的位置坐标为(4R,4R);

(2)粒子打在光屏上的点距C点的最远距离为(4-2)R.

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简答题

如图,匀强电场中有一半径为r的光滑绝缘圆轨道,轨道平面与电场方向平行.a、b为轨道直径的两端,该直径与电场方向平行.一电荷量为q(q>0)的质点沿轨道内侧运动,经过a点和b点时对轨道压力的大小分别为Na和Nb.不计重力,求电场强度的大小E、质点经过a点和b点时的动能.

正确答案

质点所受到电场力的大小为:f=qE,

设质点质量为m,经过a点和b点时速度大小分别为va vb

由牛顿第二定律有,f+Na=m  

                  Nb-f=m

设质点经过a点和b点时动能分别为 Eka 和 Ekb

则有 Eka=m,Ekb=m    

根据动能定理有,Ekb-Eka=2rf

联立解得:E=(Nb-Na)   

Ea=(Nb+5Na)   

Eb=(5Nb+Na)

答:电场强度的大小:E=(Nb-Na)、质点经过a点:Ea=(Nb+5Na)   和b点时的动能:Eb=(5Nb+Na).

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如图甲所示,真空中水平放置的平行金属板A、B的长度为L,两板间加上如图乙所示的交变电压,峰值为uo,周期为T.紧靠A、B板左端有一对加速电极C、D,可将从孔S飘入的电子(初速为零)加速后从孔P沿AB中央水平射入AB之间.若要电子能从AB右端中央Q点水平飞出.问:

(1)加速电极CD之间的电压ucd

(2)AB之间的距离d所满足的条件.(电子电量为e,质量为m,不计重力)

正确答案

(1)在t=kT+时进入AB之间的电子可从Q水平射出.其在极间的轨迹如图:

在t=kT+T时进入AB之间的电子可从Q水平射出.其在极间的轨迹如图:

设电子以vo进入AB,则有   vo•nT=L(n=1、2、3…)

m=eucd

∴ucd=(n=1、2、3…)

(2)电子在2×内的侧移y须满足       

 y=2×()2

∴d≥

答:(1)加速电极CD之间的电压ucd=(n=1、2、3…);

(2)AB之间的距离d所满足的条件d≥

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如图所示,一绝缘细圆环半径为 r,其环面固定在竖直平面上,方向水平向右、场强大小为E的匀强电场与圆环平面平行,环上穿有一电荷量为+q 的小球,可沿圆环做无摩擦的圆周运动,若小球经A点时速度方向恰与电场方向垂直,且圆环与小球间沿水平方向无力的作用.小球沿顺时针方向运动,且qE=mg,求小球运动到何处时,对环的作用力最大?最大作用力为多大?

正确答案

由题意可知小球到达A点时电场力提供向心力即qE=m

,①

由qE=mg.由于球只受到重力和电场力的作用,并且重力和电场力的大小相等,当两个力的合力沿半径向外时,如图所示经过D点时,动能最大,环对球的作用力最大,此时CD与竖直方向的夹角为45°,根据动能定理得:

从A→D:mgrcos45°+qE(1+sin45°)r=m-m  ②

根据牛顿第二定律得:N-mg=m ③

联立①②③得:N=3(1+)mg

由牛顿第三定律得知:小球对环的最大作用力N′=N=3(1+)mg.

答:当小球运动到图是D点,CD与竖直方向的夹角为45°时,对环的作用力最大,最大作用力为3(1+)mg.

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如图所示,质量为5×10-8kg的带电微粒以V0=2m/s的速度从水平放置的金属板A、B的中央飞入板间,已知板长L=10cm,板间距离d=2cm.当UAB=1000V时,带电粒子恰好沿直线穿过板间,则

(1)UAB为多大时粒子擦上板边沿飞出?

(2)UAB在什么范围内带电粒子能从板间飞出?

正确答案

(1)当UAB=1000V时,有mg=q;当粒子擦上板边沿飞出时,粒子向上做类平抛运动,由题得知,偏转距离y=,水平位移x=L.

由L=v0t,y=at2,得

   a==8m/s2

根据牛顿第二定律得

   q-mg=ma

   又mg=q

联立两式得,UAB1=1800V

(2)当粒子擦下板边沿飞出时UAB最小,根据对称性可知,加速度大小也等于a,再由牛顿第二定律得

   mg-q=ma

解得,UAB2=200V

所以UAB在200V~1800V范围内带电粒子能从板间飞出.

答:

(1)UAB为1800V时粒子擦上板边沿飞出.

(2)UAB在200V~1800V范围内带电粒子能从板间飞出.

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