- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,在y>0的空间中,存在沿y轴正方向的匀强电场E;在y<0的空间中,存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小也为E,一电子(电量为-e,质量为m)在y轴上的P(0,d)点以沿x轴正方向的初速度v0开始运动,不计电子重力,求:
(1)电子第一次经过x轴的坐标值
(2)电子在y方向上运动的周期
(3)电子运动的轨迹与x轴的各个交点中,任意两个相邻交点间的距离
(4)在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹.
正确答案
解:(1)在y>0空间中,沿x轴正方向以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀加速直线运动,设其加速度大小为a,则
则有:
x1=v0t1
解得:
因此电子第一次经过x轴的坐标值为(v0,0)
(2)电子在y轴方向的运动周期为T=2(t1+t2)=4
(3)在y<0空间中,沿x轴正方向仍以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀减速直线运动,设其加速度大小也为a,由对称性可知:
电子在y轴方向速度减小为零时的时间t2=t1=
电子沿x轴方向移动的距离为x2=x1=v0
电子运动轨迹在x轴上的任意两个相邻交点间的距离为
s=2x1=2v0
(4)电子轨迹如图所示.
答:(1)电子第一次经过x轴的交点为(v0,0);
(2)周期T为4;(3)任意相临两交点的距离为2v0
;(4)轨迹如上图.
解析
解:(1)在y>0空间中,沿x轴正方向以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀加速直线运动,设其加速度大小为a,则
则有:
x1=v0t1
解得:
因此电子第一次经过x轴的坐标值为(v0,0)
(2)电子在y轴方向的运动周期为T=2(t1+t2)=4
(3)在y<0空间中,沿x轴正方向仍以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀减速直线运动,设其加速度大小也为a,由对称性可知:
电子在y轴方向速度减小为零时的时间t2=t1=
电子沿x轴方向移动的距离为x2=x1=v0
电子运动轨迹在x轴上的任意两个相邻交点间的距离为
s=2x1=2v0
(4)电子轨迹如图所示.
答:(1)电子第一次经过x轴的交点为(v0,0);
(2)周期T为4;(3)任意相临两交点的距离为2v0
;(4)轨迹如上图.
在场强为E=0.2N/C的竖直向下匀强电场中有一块水平放置的接地金属板,在金属板的正上方,高为h=0.45m处有一个小的上下只有挡板的放射源,它向各方向均匀地释放质量为m=2×10-23kg、电量为q=+10-17C、初速度为v0=1000m/s的带电粒子.粒子重力不计,粒子最后落在金属板上.试求:
(1)粒子下落过程中电场力做的功.
(2)粒子打在板上时的动能.
(3)粒子最后落在金属板上所形成的图形及面积的大小.
正确答案
解:(1)电场对所有粒子做功一样多,即W=Eqh=0.2×10-17×0.45=9×10-19 J
(2)根据动能定理得:W=Ek-
得粒子打在板上时的动能为 Ek=W+=9×10-19 J+
×2×10-23×10002J=1.09×10-17J
(3)由题意可知各方向沿水平方向射出的粒子到达最远距离,故在金属板上形成圆形;
水平抛出的粒子由于没有竖直分速度,到达金属板时的时间最长,由牛顿第二定律可知:
a==105 m/s2
由h=解得:
t==3×10-3 s;
由r=vt可知;半径为:r=1000m/s×3×10-3 s=3m;
面积的大小为 S=πr2=9πm2
答:(1)电场力做功为9×10-19 J
(2)粒子打在板上时的动能为1.09×10-17J.
(3)粒子形成圆形,半径为3m;面积为9πm2
解析
解:(1)电场对所有粒子做功一样多,即W=Eqh=0.2×10-17×0.45=9×10-19 J
(2)根据动能定理得:W=Ek-
得粒子打在板上时的动能为 Ek=W+=9×10-19 J+
×2×10-23×10002J=1.09×10-17J
(3)由题意可知各方向沿水平方向射出的粒子到达最远距离,故在金属板上形成圆形;
水平抛出的粒子由于没有竖直分速度,到达金属板时的时间最长,由牛顿第二定律可知:
a==105 m/s2
由h=解得:
t==3×10-3 s;
由r=vt可知;半径为:r=1000m/s×3×10-3 s=3m;
面积的大小为 S=πr2=9πm2
答:(1)电场力做功为9×10-19 J
(2)粒子打在板上时的动能为1.09×10-17J.
(3)粒子形成圆形,半径为3m;面积为9πm2
如图所示,水平放置的两块平行金属板长l=5cm,两板间距d=1cm,两板间电压为U=90V,且上板带正电,一个电子沿水平方向以速度v0=2.0×107m/s,从两板中央射入,已知电子电量为1.6×10-19C,质量为9×10-31kg.求:
(1)电子偏离金属板的侧位移y0是多少;
(2)电子飞出电场时的速度是多少;
(3)电子离开电场后,打在屏上的P点,若s=10cm,求OP的长.
正确答案
解:(1)竖直方向做匀加速直线运动,
根据电容器电压与电场的关系得:
E==
=9000V/m
F=Eq=9000×1.6×10-19=1.44×10-15N
又因为F=ma
所以a==
=1.6×1015m/s2
水平方向做匀速运动,
故t==
=2.5×10-9s
所以y==0.5cm
(2)竖直方向速度v1=at=4×106m/s
所以v==2.03×107m/s
(3)从平行板出去后做匀速直线运动,水平和竖直方向都是匀速运动,
水平方向:=5×10-9s
竖直方向PM=v1t1=0.02m
PO=PM+MO=PM+y=0.025m
答:(1)电子偏离金属板时的侧位移是0.5cm;
(2)电子飞出电场时的速度是2.03×107m/s;
(3)电子离开电场后,打在屏上的P点,若S=10cm,OP的长为0.025m
解析
解:(1)竖直方向做匀加速直线运动,
根据电容器电压与电场的关系得:
E==
=9000V/m
F=Eq=9000×1.6×10-19=1.44×10-15N
又因为F=ma
所以a==
=1.6×1015m/s2
水平方向做匀速运动,
故t==
=2.5×10-9s
所以y==0.5cm
(2)竖直方向速度v1=at=4×106m/s
所以v==2.03×107m/s
(3)从平行板出去后做匀速直线运动,水平和竖直方向都是匀速运动,
水平方向:=5×10-9s
竖直方向PM=v1t1=0.02m
PO=PM+MO=PM+y=0.025m
答:(1)电子偏离金属板时的侧位移是0.5cm;
(2)电子飞出电场时的速度是2.03×107m/s;
(3)电子离开电场后,打在屏上的P点,若S=10cm,OP的长为0.025m
有三个质量相等.分别带正电、负电和不带电的小球,均从极板左侧两极板的正中央以相同的水平速度先后垂直射入匀强电场中,A、B、C三个小球的运动轨迹如图所示,小球所受重力不能忽略,则( )
正确答案
解析
解:A、小球进入电场时的速度相等,水平位移xA>xB>xC,则tA>tB>tC.
根据y=,y相等,则aA<aB<aC.
根据牛顿第二定律知,A球所受电场力向上,C球所受电场向下,B球不带电,则A球带正电,C球带负电.故A错误,B错误,C错误.
D、根据动能定理知,A、B、C三球重力做功相等,A球电场力做负功,C球电场力做正功,则EkC>EkB>EkA.故D正确.
故选:D.
如图所示,两平行金属板间有一匀强电场,板长为l,板间距离为d,在板右端l处有一竖直放置的光屏M.一带电荷量为q、质量为m的质点从两板中央射入板间,最后垂直打在M屏上,则下列结论正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B据题分析可知,质点在平行金属板间轨迹应向上偏转,做类平抛运动,飞出电场后,质点的轨迹向下偏转,质点才能最后垂直打在M屏上,前后过程质点的运动轨迹有对称性,如图,可见两次偏转的加速度大小相等,根据牛顿第二定律得,qE-mg=mg,得到E=
.故A错误,B正确.
C、D由于质点在水平方向一直做匀速直线运动,两段水平位移大小相等,则质点在板间运动的时间跟它从板的右端运动到光屏的时间相等.故C正确,D错误.
故选BC
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