- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,质量为m带电量为+q的小球静止于光滑绝缘水平面上,在恒力F作用下,由静止开始从A点出发到B点,然后撤去F,小球冲上放置在竖直平面内半径为R的光滑绝缘
圆形轨道,圆形轨道的最低点B与水平面相切,小球恰能沿圆形轨道运动到轨道末端D,并从D点抛出落回到原出发点A处.整个装置处于电场强度为E=
的水平向左的匀强电场中,小球落地后不反弹,运动过程中没有空气阻力.求:AB之间的距离和力F的大小.
正确答案
解:电场力F电=Eq=mg
电场力与重力的合力F合=mg,方向与水平方向成45°向左下方,
小球恰能到D点,有:F合=
解得:VD=
从D点抛出后,只受重力与电场力,所以合为恒力,小球初速度与合力垂直,小球做类平抛运动,以D为原点沿DO方向和与DO垂直的方向建立坐标系(如图所示).
小球沿X轴方向做匀速运动,x=VDt
沿Y轴方向做匀加速运动,y=at2
a==
所形成的轨迹方程为y=
直线BA的方程为:y=-x+(+1)R
解得轨迹与BA交点坐标为(R,R)
AB之间的距离LAB=R
从A点D点电场力做功:W1=(1-)R•Eq
重力做功W2=-(1+)R•mg;
F所做的功W3=F•R
有W1+W2+W3=mVD2,有F=
mg
答:AB之间的距离为R,力F的大小为mg.
解析
解:电场力F电=Eq=mg
电场力与重力的合力F合=mg,方向与水平方向成45°向左下方,
小球恰能到D点,有:F合=
解得:VD=
从D点抛出后,只受重力与电场力,所以合为恒力,小球初速度与合力垂直,小球做类平抛运动,以D为原点沿DO方向和与DO垂直的方向建立坐标系(如图所示).
小球沿X轴方向做匀速运动,x=VDt
沿Y轴方向做匀加速运动,y=at2
a==
所形成的轨迹方程为y=
直线BA的方程为:y=-x+(+1)R
解得轨迹与BA交点坐标为(R,R)
AB之间的距离LAB=R
从A点D点电场力做功:W1=(1-)R•Eq
重力做功W2=-(1+)R•mg;
F所做的功W3=F•R
有W1+W2+W3=mVD2,有F=
mg
答:AB之间的距离为R,力F的大小为mg.
如图所示,两块平行金属板竖直放置,两板间的电势差U=1.5×103V(仅在两板间有电场),现将一质量m=1×10-2kg、电荷量q=4×10-5C的带电小球从两板的左上方距两板上端的高度h=20cm的地方以初速度v0=4m/s水平抛出,小球恰好从左板的上边缘进入电场,在两板间沿直线运动,从右板的下边缘飞出电场,求:
(1)金属板的长度L.
(2)小球飞出电场时的动能Ek.
正确答案
解:(1)小球未进电场前做平抛运动,则小球到达左板上边缘时的竖直分速度:
设小球此时速度方向与竖直方向之间的夹角为θ,则:
小球在电场中沿直线运动,所受合力方向与运动方向相同,设板间距为d,
则:tanθ=
L=
(2)根据动能定理得:
进入电场前:mgh=
电场中运动过程:
解得 Ek=0.175J
答:
(1)金属板的长度L=0.15m.
(2)小球飞出电场时的动能Ek=0.175J.
解析
解:(1)小球未进电场前做平抛运动,则小球到达左板上边缘时的竖直分速度:
设小球此时速度方向与竖直方向之间的夹角为θ,则:
小球在电场中沿直线运动,所受合力方向与运动方向相同,设板间距为d,
则:tanθ=
L=
(2)根据动能定理得:
进入电场前:mgh=
电场中运动过程:
解得 Ek=0.175J
答:
(1)金属板的长度L=0.15m.
(2)小球飞出电场时的动能Ek=0.175J.
一个极板间为空气的平行板电容器与电源相连,如图所示,关于板间场强下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、闭合开关S,电容器板间电压不变,由公式E=知增大两板距离,板间场强减小,故A错误.
B、闭合开关S,电容器板间电压不变,减小板正对面积时板间距离不变,由公式E=知板间场强不变,故B错误.
CD、充电后断开开关S,电容器的带电量不变,根据C=、C=
、E=
可得 E=
则知增大两板距离,板间场强不变;减小板正对面积,板间场强增大,故C错误,D正确.
故选:D.
如图所示,AB是匀强电场中的一条水平线段,长度为L,它与电场方向成θ角,某时刻一质量为m,带电量为+q的小球在电场中的A点由静止释放,小球沿直线AB运动到B点时离开电场,然后落到倾角为α的绝缘弹性斜面上的C点,C点距离AB高度为h,小球恰好能够沿原路返回A点,求:
(1)电场强度E的大小;
(2)角α的值;
(3)球从A点出发返回A点的时间.
正确答案
(1)由于出电场后球做平抛运动,在电场内运动时,受力如图:其速度方向是水平的,
即合外力是水平的,由qEsinθ=mg得:
(2)在电场中运动的加速度:
a==gcotθ;
故出电场的速度:
出电场后只受重力作用获得速度:
斜面应与v0与v′的合速度v垂直,所以:
(3)求在电场中匀加速运动,故球出电场的时间:
出电场后球做自由落体,落地时间为:
所以往返时间:T=2(t1+t2)=
答:
(1)电场强度E的大小为;
(2)角α的值为;
(3)球从A点出发返回A点的时间为.
解析
(1)由于出电场后球做平抛运动,在电场内运动时,受力如图:其速度方向是水平的,
即合外力是水平的,由qEsinθ=mg得:
(2)在电场中运动的加速度:
a==gcotθ;
故出电场的速度:
出电场后只受重力作用获得速度:
斜面应与v0与v′的合速度v垂直,所以:
(3)求在电场中匀加速运动,故球出电场的时间:
出电场后球做自由落体,落地时间为:
所以往返时间:T=2(t1+t2)=
答:
(1)电场强度E的大小为;
(2)角α的值为;
(3)球从A点出发返回A点的时间为.
如图所示,两平行金属板A、B长L=8cm,两板间距离d=8cm,A板比B板电势高300V,一不计重力的带正电的粒子电荷量q=10-10C,质量m=10-20kg,沿着两金属板的中心线垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106m/s,求:
(1)粒子穿过金属板时偏离中心线的距离y
(2)粒子穿出电场是的速度大小和方向.
正确答案
解:(1)由题意知,粒子在电场中做类平抛运动,故有:
在水平方向做匀速直线运动有:L=v0t
可得粒子在电场中运动的时间t=
粒子在竖直方向做初速度为0的匀加速直线运动,其加速度
所以粒子在竖直方向偏离的距离y==
(2)粒子射出电场时在竖直方向的速度=1.5×106m/s
所以射出电场时粒子的速度v=m/s=2.5×106m/s
速度方向与水平方向的夹角的正切值tan,即θ=37°
答:(1)粒子穿过金属板时偏离中心线的距离y为0.03m;
(2)粒子穿出电场是的速度大小为2.5×106m/s方向与水平方向成37°角.
解析
解:(1)由题意知,粒子在电场中做类平抛运动,故有:
在水平方向做匀速直线运动有:L=v0t
可得粒子在电场中运动的时间t=
粒子在竖直方向做初速度为0的匀加速直线运动,其加速度
所以粒子在竖直方向偏离的距离y==
(2)粒子射出电场时在竖直方向的速度=1.5×106m/s
所以射出电场时粒子的速度v=m/s=2.5×106m/s
速度方向与水平方向的夹角的正切值tan,即θ=37°
答:(1)粒子穿过金属板时偏离中心线的距离y为0.03m;
(2)粒子穿出电场是的速度大小为2.5×106m/s方向与水平方向成37°角.
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