- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,一个质量m=10-6kg,电量q=+2.0c的微粒,由静止开始出发,加速电压U加=105V,带电微粒垂直进入偏转电场中,板长l=20cm,两板间距离d=4cm,两板间偏转电压U偏=4×103V(不计重力),试求:
(1)带电粒子离开偏转电场时侧移是多少?
(2)全过程中电场力对带电粒子做功为多少?
(3)若在偏转电场右侧距离为S=20cm 处,放一竖直荧光屏,则带电粒子打在荧光屏上的位置距中心O的距离?
正确答案
解:(1)加速电场中获得v0的速度,则有:
qU加= ①
垂直进入偏转电场做类平抛运动,侧移为y,则
y=(
)2 ②
①②联立解得:y==
m=0.01m;
(2)在加速电场中电场力做的功为W1,
W1=qU加 ③
在偏转电场中电场力做的功为W2,
W2=qy ④
由③、④得:W=W1+W2=qU加+qy=0.2×(105+
)J=2.02×104J;
(3)设带电粒子打在荧光屏上的P点,利用带电粒子离开偏转电场时,速度的反向延长线交于两板间中轴线的处,则由相似三角形得:
=
化简后 =(1+
)y=(1+
)×0.01m=0.03m
答:
(1)带电粒子离开偏转电场时侧移是0.01m.
(2)全过程中电场力对带电粒子做功为2.02×104J.
(3)带电粒子打在荧光屏上的位置距中心O的距离为0.03m.
解析
解:(1)加速电场中获得v0的速度,则有:
qU加= ①
垂直进入偏转电场做类平抛运动,侧移为y,则
y=(
)2 ②
①②联立解得:y==
m=0.01m;
(2)在加速电场中电场力做的功为W1,
W1=qU加 ③
在偏转电场中电场力做的功为W2,
W2=qy ④
由③、④得:W=W1+W2=qU加+qy=0.2×(105+
)J=2.02×104J;
(3)设带电粒子打在荧光屏上的P点,利用带电粒子离开偏转电场时,速度的反向延长线交于两板间中轴线的处,则由相似三角形得:
=
化简后 =(1+
)y=(1+
)×0.01m=0.03m
答:
(1)带电粒子离开偏转电场时侧移是0.01m.
(2)全过程中电场力对带电粒子做功为2.02×104J.
(3)带电粒子打在荧光屏上的位置距中心O的距离为0.03m.
如图所示,一个绝缘光滑半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场E中,在环的上端,一个质量为m、带电量为+q的小球由静止开始沿轨道运动,求:在小球在最低点球对环的压力为大小.
正确答案
解:设圆环的半径为R、小球在最低点速度为v、小球由静止开始沿轨道运动到最低点过程,由动能定理得:
(mg+qE)R=
在最低点做圆周运动则有:
FN-(mg+qE)=m
解得:FN=3(mg+qE)
根据牛顿第三定律(或作用力与反作用力的关系)可知:
小球在最低点球对环的压力为大小3(mg+qE).
答:小球在最低点球对环的压力大小为3(mg+qE).
解析
解:设圆环的半径为R、小球在最低点速度为v、小球由静止开始沿轨道运动到最低点过程,由动能定理得:
(mg+qE)R=
在最低点做圆周运动则有:
FN-(mg+qE)=m
解得:FN=3(mg+qE)
根据牛顿第三定律(或作用力与反作用力的关系)可知:
小球在最低点球对环的压力为大小3(mg+qE).
答:小球在最低点球对环的压力大小为3(mg+qE).
两个初速度均为零的带电粒子A和B在同一匀强电场中同时释放.已知qA=2qB,mA=mB,不计重力和两粒子间的静电力作用,经过相同的时间后,两粒子的速率之比VA:VB=______,动能之比EkA:EkB=______.
正确答案
8:1
16:1
解析
解:由牛顿第二定律可得加速度为:
故AB的加速度之比为:
获得的速度为:v=at
故AB获得的速度之比为:
获得的动能为:
故AB的动能之比为:
故答案为:8:1,16:1
如图,电子经电压为U1的电场加速后以速度v0垂直进入电压为U2的偏转电场,离开电场时的偏转量为h,两平行板间的距离为d,板长为L,要使h变小,可采用的方法是( )
正确答案
解析
解:电子在加速电场中加速,根据动能定理可得:
eU1=mv02
所以电子进入偏转电场时速度的大小为:
v0= ①
电子进入偏转电场做类似平抛运动,故:
x=L=v0t ②
h= ③
其中:
a= ④
联立①②③④解得:
h==
=
故要减小,可以减小U2,或增加U1,或减小L,或增加d,故ACD错误,B正确;
故选:B.
如图所示,两带电平行板A、B间的电场为匀强电场,场强E=4.0×102V/m,两板相距d=16cm,板长L=30cm.一带电量q=1.0×10-16C、质量m=1.0×10-22kg的粒子沿平行于板方向从两板的正中间射入电场后向着B板偏转,不计带电粒子所受重力,求:
(1)粒子带何种电荷?
(2)要使粒子能飞出电场,粒子飞入电场时的速度v0至少为多大?
(3)粒子正好从B板右端飞出时的速度多大?
正确答案
解:(1)粒子所受的电场力向下,则粒子带正电
(2)由题意:
即
代入数据解得:.
(3)粒子在竖直方向上的分速度=
m/s.
根据平行四边形定则知,离开的速度=1.7×104m/s.
答:(1)粒子带正电.
(2)要使粒子能飞出电场,粒子飞入电场时的速度v0至少为1.5×104m/s.
(3)粒子正好从B板右端飞出时的速度为1.7×104m/s.
解析
解:(1)粒子所受的电场力向下,则粒子带正电
(2)由题意:
即
代入数据解得:.
(3)粒子在竖直方向上的分速度=
m/s.
根据平行四边形定则知,离开的速度=1.7×104m/s.
答:(1)粒子带正电.
(2)要使粒子能飞出电场,粒子飞入电场时的速度v0至少为1.5×104m/s.
(3)粒子正好从B板右端飞出时的速度为1.7×104m/s.
扫码查看完整答案与解析