- 带电粒子在电场中运动的综合应用
- 共1139题
氢原子H核和氦原子核
He在同一匀强电场电场中由静止加速,通过相同位移时,它们的动能之比是______,所用时间之比是______.
正确答案
由题意知氢的原子核和氦的原子核的带电量之比=
,质量之比
=
原子核在匀强电场中由静止加速,根据动能定理有:
qEs=mv2-0
原子核获得的动能EK=qES
∴=
=
原子核在匀强电场中做初速度为0的匀加速直线运动满足:
at2=s⇒t=
∵a=
∴t=
所以氢和氦的原子核运动时间之比=
=
×
=
×
=
故答案为:1:2;1:
如图所示是示波器的示意图,竖直偏转电极的极板长L1=4cm,板间距离d=1cm.板右端距离荧光屏L2=18cm,(水平偏转电极上不加电压,没有画出)电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是v=1.6×107m/s,电子电量e=1.6×10-19C,质量m=0.91×10-30kg.
(1)要使电子束不打在偏转电极上,加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过多大?
(2)若在偏转电极上加u=27.3sin100πt (V)的交变电压,在荧光屏的竖直坐标轴上能观察到多长的线段?
正确答案
(1)运动的位移,d=
at2①
由牛顿第二定律,a=②
匀速运动,t=③
由以上三式,
解得:U=④
代入数据,得 U=91V ⑤
(2)偏转电压的最大值:U1=27.3V ⑥
通过偏转极板后,在垂直极板方向上的最大偏转距离:y=a1t2=
(
)2⑦
设打在荧光屏上时,亮点距O'的距离为y',则:=
⑧
荧光屏上亮线的长度为:l=2y'⑨
代入数据,解得l=3cm
答:(1)要使电子束不打在偏转电极上,加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过91V;
(2)若在偏转电极上加u=27.3sin100πt (V)的交变电压,在荧光屏的竖直坐标轴上能观察到3cm的线段.
如图所示,坐标系xOy在竖直平面内,长为L的水平轨道AB光滑且绝缘,B点坐标为(0,L).有一质量为m、电荷量为+q的带电小球(可看成质点)被固定在A点.已知在第一象限内分布着互相垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上,场强大小E2=
,磁场为水平方向(在图中垂直纸面向外),磁感应强度大小为B;在第二象限内分布着沿x轴正向的水平匀强电场,场强大小E1=
.现将带电小球由A点从静止释放,设小球所带的电量不变.试求:
(1)小球运动到B点的速度大小;
(2)小球第一次落地点与O点之间的距离;
(3)小球从开始运动到第一次落地所经历的时间.
正确答案
(1)小球从A到B的过程中,由动能定理得m
=qE1L
所以小球运动到B的速度vB==
=
(2)小球在第一象限受到的电场力:qE2=mg,所以小球做匀速圆周运动,设半径为R,
由m=BqvB
得R==
•
=
L
设图中C点为小球做圆周运动的圆心,它第一次的落地点为D点,则=R,
=
-R=
L-
L=
L
所以,落地点到O点的距离为=
=
=
(3)小球从A到B所需时间tAB==
=
小球做匀速圆周运动的周期为T=
由几何关系知∠BCD=120°,
小球从C到D所用的时间为tBD==
所以小球从开始运动到第一次落地所经历的时间为tAD=tAB+tBD=+
=(2
+
)
答:(1)小球运动到B点的速度大小vB=;
(2)小球第一次落地点与O点之间的距离;
(3)小球从开始运动到第一次落地所经历的时间tAD=(2+
)
.
一带电量q=6.4×10-19C、质量m=1.6×10-25㎏的初速度为零的粒子,经电压U=200V的加速电场加速后,沿垂直于电场线方向进入E=1.0×103V/m均匀偏转电场.已知粒子在穿越偏转电场过程中沿场强方向的位移为5cm,不计粒子所受重力,求偏转电场的宽度和粒子穿越偏转电场过程中偏角的正切.
正确答案
带点粒子在加速电场中做匀加速直线运动,根据动能定理得:
mv02=Uq
解得:v0==
=4×104m/s
进入偏转电场后做类平抛运动,则
竖直方向有:a==
=4×109m/s2
y=at2=0.05m
解得:t=5×10-6s
所以偏转电场的宽度:l=v0t=4×104×5×10-6=0.2m
垂直于场强方向的速度:vy=at=2×104m/s
所以偏角的正切值为:tanθ==
答:偏转电场的宽度为0.2m;粒子穿越偏转电场过程中偏角的正切值为0.5.
现代科学实验中常用的一种电子仪器叫示波器,它的核心部件是示波管,其工作原理如图所示,电量大小为e的电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的偏转电场中,入射方向跟极板平行,偏转电场的极板间距离为d,板长为L,整个装置处在真空中,电子重力可忽略,电子能射出平行板区.
(1)偏转电场中,若单位偏转电压引起的偏移距离叫示波管的灵敏度,请通过计算说明提高示波管的灵敏度的办法;
(2)求电子离开偏转电场时的动能大小.
正确答案
(1)在加速电场中,由动能定理得:
eU1=mv02…①
设电子在偏转电场中运动时间为t.则有
L=v0t…②
y=at2…③
又a=…④
示波管的灵敏度η=…⑤
由①~⑤得η=
故提高示波管的灵敏度的办法有:增大L、减小U1、减小d
(2)由动能定理,得
eU1+y=Ek-0 ⑥
将②③式代入⑥,得
Ek=eU1+
答:
(1)提高示波管的灵敏度的办法有:增大L、减小U1、减小d.
(2)电子离开偏转电场时的动能大小是eU1+.
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