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题型:简答题
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简答题

如图所示,空间内存在着相互正交的匀强电场和匀强磁场,其中匀强电场沿y轴负方向,匀强磁场垂直于xOy平面向里.图中虚线框内为由粒子源S和电压为U0的加速电场组成的装置,其出口位于O点,并可作为一个整体在纸面内绕O点转动.粒子源S不断地产生质量为m、电荷量为+q的粒子(初速不计),经电场加速后从O点射出,且沿x轴正方向射出的粒子恰好能沿直线运动.不计粒子的重力及彼此间的作用力,粒子从O点射出前的运动不受外界正交电场、磁场的影响.

(1)求粒子从O点射出时速度v的大小.

(2)若只撤去磁场,从O点沿x轴正方向射出的粒子刚好经过坐标为(L,-L)的N点,求匀强电场的场强E;

(3)若只撤去电场,要使粒子能够经过坐标为(L,0)的P点,粒子应从O点沿什么方向射出?

正确答案

(1)粒子在电场中加速时,电场力做功,mv2=qU0,

整理得:v=

(2)只有电场时,粒子在电场中做类平抛运动,水平方向匀速:L=vt

竖直方向:a=

y=at2=L

拉力以上3公式.得:E=

(3)电场和磁场同时存在时,洛伦兹力等于电场力;方向向上,大小:qvB=qE

得:B=

只有磁场时,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力.

qvB=

r=

联立以上几个公式得:r===L=L

所以粒子运动的轨迹如图,在磁场中的偏转是60°,所以射入的方向与x轴的夹角是30°,如图.

答:(1) (2) (3)射入的方向与x轴的夹角是30°,如图.

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简答题

(1)电子离开极板时的动能为多少eV

(2)极板的长度L

正确答案

(1)183.8eV(2)0.52m

(1)经加速电场加速:qU0=mv02/2    得v0=8×106m/s     …………….. ..(2分)

垂直极板方向做匀加速直线运动,设加速度a,经1×10-8s的时间,侧向位移y

a=qu/md        y=at2/2        得y=8×10-3m            …………….. ..(3分)

电子进入极板后在平行极板方向做匀速直线运动,垂直极板方向沿同一方向先匀加速再匀减速,再匀加速、匀减速……

经过各n次匀加速、匀减速,则有      2ynd/2

解得 n≤3.125          取n="3                         " …………….. ..(3分)

则经过加速、减速各3次后距板的距离为△y =d/2-2y×3=2×10-3m

对应的电势差△u=△yU/d=1.82V                            …………….. ..(2分)

∴电子离开电场时的动能  Ek=q(U0+△u)=183.8eV             …………….. ..(3分)

(2)∵△y=y/4

电子在极板中运动的总时间为  …………….. ..(3分)

∴极板长    L= v0t1=0.52m                                …………….. ..(2分)

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简答题

如图所示,M、N为两块水平放置的平行金属板,长为L,相距为2d,当S断开时(两板未充电),一带电量为+q,质量为m的油滴,以一水平初速度从两板间中点p飞入,恰好落到下板的中点Q处.求:

(1)油滴的初速度v0为多大?

(2)合上S后,要使油滴仍以原来的速度从p点飞入时,能够不与金属板相碰而飞出电场,则应让M板带正电还是负电?

(3)合上S后,要使油滴仍以原来的速度从p点飞入时,最终能够打在M板上,电源的电压应取什么范围?

正确答案

(1)油滴飞入电场后做平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,则有

    水平方向:L=v0t

    竖直方向:d=gt2

解得:v0=

(2)合上S后,要使油滴仍以原来的速度从p点飞入时,能够不与金属板相碰而飞出电场,油滴受到的电场力必须向上,则板间场强方向向上,则知M板应带负电.

(3)合上S后,要使油滴仍以原来的速度从p点飞入时,刚好打M板右边缘时,设电源的电压为U,

则有:d=at′2,L=v0t′

解得,加速度:a=g

根据牛顿第二定律得:q-mg=ma

解得:U=

故要使油滴仍以原来的速度从p点飞入时,最终能够打在M板上,电源的电压大于等于

答:

(1)油滴的初速度v0

(2)合上S后,要使油滴仍以原来的速度从p点飞入时,能够不与金属板相碰而飞出电场,应让M板带负电.

(3)合上S后,要使油滴仍以原来的速度从p点飞入时,最终能够打在M板上,电源的电压大于等于

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简答题

如图所示,在水平方向,与纸面垂直的足够大的匀强磁场中,有一足够长的U 形金属框架abcd以v1=2m/s的速度向右做切割磁感线运动,在框架abcd上下两板内产生一个匀强电场.有一个带电油滴以水平速度v2从P点(=)向左射入框架内做匀速圆周运动(g=10m/s2).求:

(1)油滴必须带什么性质的电荷?油滴做匀速圆周运动的周期是多少?

(2)为使油滴不跟框架壁相碰,油滴速度v2和框架宽度L的比值应满足什么条件?

(3)为使油滴不离开电场,并且能够在框架中完整地运动一周,速度v2 与v1要满足什么关系?(只需列出关系式,无需化简)

正确答案

(1)由右手定则判断上、下极板电势的高低,再由油滴的重力与力平衡可知油滴带负电.                           ①

两极间电压U=BLv1,板间场强E==Bv1                 

油滴做匀速圆周运动  mg=qE=qBv1                    

所以B=

油滴做匀速圆周运动的周期为:

T====s                   ③

(2)油滴做匀速圆周运动:

Bqv2=

R===

油滴不与框相碰应满足条件:2R<

所以=1.25(s-1)                           ⑤

(3)油滴顺时针旋转,若v2的水平分速度大小等于v1时,见图所示,油滴末离开电场,则不离开框架.

v2sinθ=v1                       ⑥

t==

又v1t>Rcosθ                    ⑧

∴v1 (π-θ)>v2cosθ

即v1π-arcsin)>

答:(1)油滴带负电,油滴做匀速圆周运动的周期为s.

(2)为使油滴不跟框架壁相碰,油滴速度v2和框架宽度L的比值应满足=1.25(s-1).

(3)速度v2 与v1要满足v1π-arcsin)>

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简答题

如图所示,电荷量为e,质量为m的电子从A点沿与电场垂直的方向进入匀强电场,初速度为v0,当它通过电场中B点时,速度与场强方向成150°角,不计电子的重力,求:

(1)B点的速度.

(2)A、B两点间的电势差.

正确答案

(1)如图对末速度进行分cos60°=

所以:v==2v0

(2)从A到B过程,由动能定理得:-eU=mv2-m         

 所以:U=-

答:B点的速度是2v0;A、B两点间的电势差为-

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