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题型:简答题
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简答题

如图所示,两平行金属板A、B中间各有小孔,高速运动电子流从A板小孔O垂直射入A、B两板之间,入射电子初动能均为120eV。在B板右侧有长L=2×m的平行金属板M、N,板间距离d=4×m,加上U=20v的恒定偏转电压,而在A、B板间加如右图所示的变化电压u。试求(1)在u随时间变化的第一个周期内,电子在哪段时间内不能从B板孔中射出?(2)在哪些时间内,电子能从偏转电场 右侧飞出?(电子穿过A、B板所用的时间极短,可不计)

 

正确答案

(1)0.6s≤t≤1.4s       (2)2.65~3.35S

(1)电子在A、B板内时,前T/2内被减速,后T/2内被加速,由图可知T=4

在0~T/2时间内,当vt=0时,便不可以从B板穿出

由u—t图象,不难求得U1≥120V的时间为0.6s≤t≤1.4s。

即在这段时间内,飞过A板的电子被瞬间截止,不能从穿出在T/2~T时间内,电子被加速,可穿出B板。

(2)设电子以某一最小速度射入偏转电场刚好落在M板右侧边缘,

由动能定理,可求加速电场对该电子做功为

由图可知,在T/2~T时间内,满足≥130V的时间为2.65~3.35S,此段时间内入A板的电子可穿过B板且从MN板右侧飞出。

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题型:简答题
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简答题

两块竖直放置足够长的带电平行金属板A、B,相距d=1.0m,两板间电势差UAB=2500V,O点到两板的距离相等.在O点有一粒子源,释放质量m=2.5×10-3kg、电量q=1.0×10-5C的带正电微粒.过O点以半径R=0.25m作一个圆,圆心O′在过D点向右下方倾斜45°的直线上.M在圆周上.∠OO′M=θ=60°.不计粒子间的相互作用,取g=10m/s2

(1)求带电微粒在金属板间运动的加速度大小;

(2)若某带电微粒初速度大小为v0=2.0m/s,与水平方向成45°角斜向左上方,试通过计算判断该微粒打在哪个极板上;

(3)若某一微粒在O点射出时初速度方向与水平方向成45°角斜向右上方,且经过一段时间通过M点,求该微粒通过M点时的动能.

正确答案

(1)带电微粒在复合场中受到重力和电场力的作用,受力如图,则:

FE=Eq=2500×1.0×10-5N=2.5×10-2N

G=mg=2.5×10-3×10N=2.5×10-2N

合力:F==2.5×10-2N

由牛顿第二定律得:F=ma

所以:a==m/s2=10m/s2

方向与水平方向成45°角斜向右下.

(2)如图所示微粒射出后,沿y方向做匀减速直线运动,

在y方向是最大位移:ym==m

如图所示,从O沿y轴到金属板的距离为:Y=d=m

由于ym<Y,微粒的速度减小到0后将反向加速,最后打到右侧的金属板上.

(3)微粒在O点射出时初速度方向与水平方向成45°角斜向右上方,则微粒做类平抛运动,则:

Rsinθ=v0t

R-Rcosθ=at2

解得:v0==

微粒从O点出发时的动能:EKO=m=mg(1+cosθ)

到达M点时的动能:

EKM=mgR(1-cosθ)+m=mg(5-3cosθ)=×2.5×10-3×10×(5-3×cos60°)=7.7×10-3J

答:(1)带电微粒在金属板间运动的加速度大小是10m/s;

(2)若某带电微粒初速度大小为v0=2.0m/s,与水平方向成45°角斜向左上方,微粒打在右侧极板上;

(3)若某一微粒在O点射出时初速度方向与水平方向成45°角斜向右上方,该微粒通过M点时的动能是7.7×10-3J.

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题型:填空题
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填空题

如图是示波管中的电子枪部分示意图.从灯丝K发射出的电子经过加速电压U的加速到达阳极B,电子的电荷为e,质量为m.电子从灯丝发射时的速度可看作为零,则加速电极的B极板应该接在电源的______极(填“+”或“-”).电子到达B羁绊时的速度大小为______.

正确答案

要使电子能被加速,电场力必须向右,所以B极板必须带正电.

根据动能定理得

eU=mv2

解得,v=

故答案为:+;

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题型:简答题
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简答题

在真空中速度为v=6.4×107m/s的电子束连续射入两平行板间,如图所示,极板长度L=8.0×10-2m间距d=5.0×10-2m,两极板不带电时,电子将沿极板间的中线通过,在极板上加一个50Hz的交变电压u=U0sinωt,如果所加电压的最大值U0超过某值UC时,电子束将有时能通过两极板,有时间断而不能通过(电子电荷量e=1.6×10-19C,电子质量m=9.1×10-31kg).求:

(1)UC的大小为多少;

(2)求U0为何值时,才能使通过与间断的时间之比Δt1∶Δt2=2∶1.

正确答案

(1)=91v(2)105v

试题分析:1)电子沿平行板的方向做匀速运动,通过平行板的时间t=L/v=1.25×10-9s,交变电流的周期T=10-2s,由于t≤T,可认为电子在通过平行板时板间的电压和场强是稳定不变的,每个能通过平行板的电子均做类平抛运动.

水平方向匀速运动  L=vt

竖直方向匀加速运动  a=

电子束不能通过平行板时有  y=

由以上三式得  U0≥=91v

(2)对于按正弦规律变化的交变电压可由数学知识结合画图得到,电压大于U0的时间为六分之一周期才能满足条件,即U0=Umaxsinωt=.

所以≈105v

点评:本题考查挖掘理想化条件构建物理模型的能力.第(2)问还考查应用数学知识解决物理问题的能力.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,匀强电场分布在正方形ABCD区域内,场强方向平行于AB边,M、N分别为AB边和BC边的中点.一个具有初动能E0的带电粒子射入电场(沿纸面运动).如果带电粒子从M点垂直于电场方向进入电场后,恰好从C点离开电场,则带电粒子从C点离开电场时的动能为______;如果带电粒子以相同初动能从N点垂直于BC边方向射入电场,则它离开电场时的动能为______.(带电粒子重力不计)

正确答案

①从M点射入,粒子做类似平抛运动;

粒子在竖直方向上做匀加速直线运动,水平方向做匀速直线;

设正方向边长为L,水平分运动:L=vot;

竖直分运动:L=t;

故vy=v0

合速度v=v0

故Ek=mv2=2E0

②这个类似于竖直上抛,从第一题电场力做功效果来看,粒子到达正方形中心后就反方向返回了.最后从N点向下离开,在电场中位移为零,故动能不变,故Ek′=E0

故答案为:2E0,E0

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