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题型:简答题
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简答题

如图(a)所示,两平行金属板相距为d,加上如图(b)所示的方波形电压,电压的最大值为U0,周期为T.现有重力可忽略的一束离子,每个离子的质量为m,电量为q,从与两板等距处的O点,沿着与板平行的方向连续地射入两板中.已知每个离子通过平行板所需的时间恰为T(电压变化周期)且所有离子都能通过两板间的空间,打在两金属板右端的荧光屏上,试求:

(1)离子打在荧光屏上的位置与O′点的最小距离;

(2)离子打在荧光屏上的位置与O′点的最大距离.

正确答案

(1)t=(nT+)(n=0,1,2,…)时刻进入的离子,前T时间内作匀速直线运动,后T时间内作类平抛运动,位移最小,最小位移为:

ymin=at2=•()2=

(2)t=nT(n=0,1,2,…)时刻进入的离子,前T时间内作类平抛运动,后T时间内作匀速直线运动,位移最大,最大位移为:

ymax=y1+y2

其中:类平抛运动的竖直分位移大小为 y1=ymin=

而经过前T时间后竖直分速度大小为 vy=a•T==

匀速直线运动的竖直分位移大小为 y2=vyT=

所以ymax=y1+y2=+=

答:

(1)离子打在荧光屏上的位置与O′点的最小距离为

(2)离子打在荧光屏上的位置与O′点的最大距离为

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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量和电量分别为m、e的带电粒子在t=0时,以初速度V0射入两平行极板之间,所加的电压大小为U0,方向按如图所示的规律变化,极板长为L,两板间的距离为d,要使粒子平行极板射出电场,则

(1)交变电压的周期T满足什么条件;

(2)若带电粒子刚好从极板右边缘射出,电压U0满足什么条件.

正确答案

(1)要使粒子平行极板方向射出电场,在电场中运动时间满足:

     t=nT   (n=1、2、3…)     

带电粒子在水平方向上,做匀速直线运动,则

     L=v0t                        

由以上两式得:T=  (n=1、2、3…)

(2)在0-时间内,垂直极板方向通过的位移为

    y1=a()2          

又a=                

粒子刚好从右板边缘,则:=2ny1

由以上各式得 U0=  (n=1、2、3…)

答:

(1)交变电压的周期T满足的条件是T=(n=1、2、3…);

(2)若带电粒子刚好从极板右边缘射出,电压U0满足的条件是U0=  (n=1、2、3…).

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简答题

如图所示,绝缘水平面上的处固定一带电量为+4的质点甲,现将另一质量为、电荷量为+的质点乙从处(乙与甲靠近但未接触)由静止释放,当乙到达点时速度达到最大值为已知乙与水平面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为,静电力常量为。求:

(1)间的距离

(2)间的电势差

正确答案

(1)(2)

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简答题

如图甲所示,M、N为水平放置的平行板电容器的两个极板,两极板间距d=0.1m,两极板间的电压U=12.5V,O为上极板中心的小孔,以O为坐标原点,在竖直平面内建立直角坐标系,在y轴方向上,0≤y≤2m区间存在方向与x轴平行的匀强电场(PQ为电场区域的上边界),在x轴方向上,电场范围足够大。若规定x轴正方向为电场正方向,电场强度随时间变化情况如图乙所示。现有一个带负电的粒子,在t=0时刻从紧靠M级板中心O'处无初速释放,经过小孔O进入N板上方的交变电场中,粒子的比荷q/m=1×102C/kg,不计粒子重力。求:

(1)粒子进入交变电场时的速度。

(2)粒子在两板之间飞行的时间。

(3)粒子在8×10-3s末的位置坐标。

(4)粒子离开交变电场时的速度大小和方向。

正确答案

(1)50m/s (2)4×10-3 s  (3)坐标(0.032,0.2)(4)50m/s ,沿y轴正方向

试题分析:(1)粒子经过加速电压,根据动能定理: 则:v0=50m/s

(2)在加速电场中,粒子做匀加速运动:

故飞行时间为t= v0/a=4×10-3 s

(3)粒子在t= 4×10-3 s时进入交变电场,受到水平向右的电场力做类平抛运动:

加速度:

沿+y轴方向粒子匀速运动:y= v0t

沿+x轴方向粒子做匀加速运动:

解得:x="0.032m," y=0.2m

故粒子在8×10-3 s末的位置坐标为(0.032,0.2)

(4)沿+y轴方向粒子始终做匀速运动,0< y < 2m区间内:

粒子运动的时间t=y/v0=4×10-2 s=5T(运动的总时间是交变电压周期的5倍)

故粒子沿x轴方向速度为0,粒子离开交变电场时速度方向沿+y方向,大小50m/s。

点评:此类题型考察了将图像问题与实际运动过程相互转化的能力,尤其是在电场交替变化时。对于这种具有周期性的场,往往需要将一个周期内粒子的运动规律研究清楚,那么在多个周期中的问题自然得到解决。

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简答题

如图所示的直角坐标系中,在的区域有一对平行金属板M和N,其中N板位于轴上,M、N板加有如图所示电压,平行金属板右侧存在沿y轴负向与平行金属板等宽度的匀强电场,场强大小为E,在的区域存在垂直纸面的矩形有界磁场,其下边界和左边界分别与轴重合。时刻一质量为,电量为的带电微粒沿着平金属板的轴线以初速度向右开始运动,恰从M板右边缘的P点沿轴正向进入平行金属板右侧电场,经过一段时间后以的速度经Q点进入磁场,Q点为与y轴的交点,再经磁场偏转带电微粒恰好从坐标原点沿轴负向返回电场,不计带电微粒的重力。求:

(1)平行金属板M、N间的距离及右侧电场的宽度

(2)平行金属板上所加电压满足的条件;

(3)矩形磁场区域的最小面积。

正确答案

(1)(2)  ()(3)

(1)因带电微粒在P点速度沿轴正向,则带电微粒在Q点的与水平速度为,设速度方向夹角为,有: (1分)

在Q点的竖直方向分速度为 (1分)

从P点到Q点,带电微粒做类平抛运动:  

(2分)

(2分)

(2)平行金属板间粒子的运动轨迹如图,粒子在电场中运动侧向总位移满足:

(2分)   又  其中() (2分)

由上面两式可解得:  ()(2分)

(3)如图,设最小的矩形磁场的高为,宽为

画出带电粒子的运动轨迹,则由几何知识可知: 

。(2分)

可得矩形磁场的最小面积为:(2分)

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