- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,半径为R的光滑绝缘圆环,竖直置于场强为E,方向竖直向上的匀强电场中.有一质量为m,电荷量大小为q的带负电空心小球穿在光滑圆环上,小球从与圆心O等高的位置A点由静止开始下滑,求小球下滑到圆环的最低时对圆环的最低时对圆环的压力大小.
正确答案
解:设小球到达B点时的速度为V,由动能定理得…①
在B点处由牛顿第二定律得…②
联立①和②式,解得小球在B点受到环的压力为:N=3(mg+qE)
根据牛顿第三定律可知小球下滑到圆环的最低时对圆环的最低时对圆环的压力大小与小球受到的支持力的大小相等,为3(mg+qE)
答:小球下滑到圆环的最低时对圆环的最低时对圆环的压力大小 是3(mg+qE).
解析
解:设小球到达B点时的速度为V,由动能定理得…①
在B点处由牛顿第二定律得…②
联立①和②式,解得小球在B点受到环的压力为:N=3(mg+qE)
根据牛顿第三定律可知小球下滑到圆环的最低时对圆环的最低时对圆环的压力大小与小球受到的支持力的大小相等,为3(mg+qE)
答:小球下滑到圆环的最低时对圆环的最低时对圆环的压力大小 是3(mg+qE).
如图所示,为一个实验室模拟货物传送的装置,A是一个表面绝缘质量为2kg的长板车,车置于光滑的水平面上,在车左端放置一质量为1kg带电量为q=1×10-2C的绝缘小货物B,在全部传送途中有一水平电场,可以通过开关控制其有、无及方向.先产生一个方向水平向右,大小E1=3×102N/m的电场,车和货物开始运动,作用时间2s后,改变电场,电场大小变为E2=1×102N/m,方向向左,电场作用一段时间后,关闭电场,关闭电场时车右端正好到达目的地,货物到达车的最右端,且车和货物的速度恰好为零.已知货物与车间的动摩擦因数µ=0.1,(车不带电,货物体积大小不计,g取10m/s2)求:
(1)第二次电场作用的时间;
(2)车的长度.
正确答案
解:(1)因为车最大加速度
货物和车若以相同加速度一起运动
所以,货物和车不可能以相同加速度一起运动.
货物
车
经t1=2s货物运动
车运动
货物V1=a1t1=2×2=4m/s向右
车V2=a2t1=0.5×2=1m/s向右
经2秒后,货物作匀减速运动向左
车加速度不变,仍为a2=0.5m/s2向右,
当两者速度相等时:
共同速度为V=V1-a1′t2V=V2+a2′t2
t2=1.2s
V=1.6m/s
以后因为货物和车若以相同加速度一起运动,
所以货物和车一起作为整体向右作匀减速直到速度都为0.
货物和车获得共同速度至停止运动用时
第二次电场作用时间为t=t2+t3=6s
(2)由题意可得,当货物和车速度相等时,货物恰好移到车的最右端.车在t2时间内位移S3=V2t2+a2t22=
m=1.56m
货物在t2时间内位移为S4=V1t2-a1′t22=
m=3.36m
车长度L=S1-S2+S4-S3=m=4.8m
答:(1)第二次电场作用的时间为6s.
(2)车的长度为4.8m.
解析
解:(1)因为车最大加速度
货物和车若以相同加速度一起运动
所以,货物和车不可能以相同加速度一起运动.
货物
车
经t1=2s货物运动
车运动
货物V1=a1t1=2×2=4m/s向右
车V2=a2t1=0.5×2=1m/s向右
经2秒后,货物作匀减速运动向左
车加速度不变,仍为a2=0.5m/s2向右,
当两者速度相等时:
共同速度为V=V1-a1′t2V=V2+a2′t2
t2=1.2s
V=1.6m/s
以后因为货物和车若以相同加速度一起运动,
所以货物和车一起作为整体向右作匀减速直到速度都为0.
货物和车获得共同速度至停止运动用时
第二次电场作用时间为t=t2+t3=6s
(2)由题意可得,当货物和车速度相等时,货物恰好移到车的最右端.车在t2时间内位移S3=V2t2+a2t22=
m=1.56m
货物在t2时间内位移为S4=V1t2-a1′t22=
m=3.36m
车长度L=S1-S2+S4-S3=m=4.8m
答:(1)第二次电场作用的时间为6s.
(2)车的长度为4.8m.
如图所示,氢核(11H)、氘核(21H)、氚核(31H)分别由左孔从静止释放.后由右孔射出,则:
(1)射出时的动能之比为______;
(2)射出时的速度之比为______.
正确答案
1:1:1
解析
解:(1)三种带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动,经过相同的电势差U,故根据动能定理,有
qU=,三种粒子的带电量相等,所以动能是相等的,动能之比为:1:1:1
(2)解得v=∝
,
所以速度之比为:=
故答案为:1:1:1;
如图所示一束带电粒子(不计重力),垂直电场线方向进入偏转电场,试讨论在以下情况中,粒子应具备什么条件,才能得到相同的偏转距离y和偏转角θ.(U、d、l保持不变)
(1)进入偏转电场的速度相同;
(2)进入偏转电场的动能相同;
(3)先静止由同一加速电场加速后,再进入偏转电场.
正确答案
解:粒子在电场中做类平抛运动,设粒子初速度为v0,设粒子带电量为q,质量为m,
两板间的电场强度:E=,由牛顿第二定律得:
,
粒子运动时间:,粒子的偏移量:
,
速度偏角正切值:;
(1)当v0相同时,如果相同,y、tanθ相同;
(2)当粒子进入电场时的动能相等时,因为相同,如果q相同,则y、tanθ也相同;
(3)设加速电场的电压为U′,由,有:
,
,
由此可知,先静止由同一加速电场加速后,再进入偏转电场,不论带电粒子的m、q如何,
只要经过同一加速电场加速,再垂直进入同一偏转电场,它们飞出电场的偏转距离y和偏转角度θ都是相同的.
答:(1)进入偏转电场的速度相同,需要保证:相同;
(2)进入偏转电场的动能相同,需要保证:q相同;
(3)先静止由同一加速电场加速后,再进入偏转电场,任何情况下,偏转距离y和偏转角θ都相等.
解析
解:粒子在电场中做类平抛运动,设粒子初速度为v0,设粒子带电量为q,质量为m,
两板间的电场强度:E=,由牛顿第二定律得:
,
粒子运动时间:,粒子的偏移量:
,
速度偏角正切值:;
(1)当v0相同时,如果相同,y、tanθ相同;
(2)当粒子进入电场时的动能相等时,因为相同,如果q相同,则y、tanθ也相同;
(3)设加速电场的电压为U′,由,有:
,
,
由此可知,先静止由同一加速电场加速后,再进入偏转电场,不论带电粒子的m、q如何,
只要经过同一加速电场加速,再垂直进入同一偏转电场,它们飞出电场的偏转距离y和偏转角度θ都是相同的.
答:(1)进入偏转电场的速度相同,需要保证:相同;
(2)进入偏转电场的动能相同,需要保证:q相同;
(3)先静止由同一加速电场加速后,再进入偏转电场,任何情况下,偏转距离y和偏转角θ都相等.
如图所示,在长为2L、宽为L的区域内有正好一半空间有场强为E、方向平行于短边的匀强电场,有一个质量为m,电量为e的电子,以平行于长边的速度v0从区域的左上角A点射入该区域,不计电子所受重力,要使这个电子能从区域的右下角的B点射出,求:
(1)无电场区域位于区域左侧一半内时,如图甲所示,电子的初速应满足什么条件?
(2)无电场区域的左边界离区域左边的距离为x时,如图乙所示,电子的初速又应满足什么条件.
正确答案
解:(1)粒子做匀速直线运动,由运动学公式可知,
无电场中运动的时间,
在电场中做类平抛运动,由牛顿第二定律,则有
由上两式,综合解得:
(2)粒子做匀速直线运动,则运动时间为
在两个电场中的偏距:
在无电场区域中的运动时间为t2,偏距y2,
运动的时间,
偏转位移,
则有
解得:
答:(1)无电场区域位于区域左侧一半内时,如图甲所示,电子的初速应满足 条件;
(2)无电场区域的左边界离区域左边的距离为x时,如图乙所示,电子的初速又应满足:条件.
解析
解:(1)粒子做匀速直线运动,由运动学公式可知,
无电场中运动的时间,
在电场中做类平抛运动,由牛顿第二定律,则有
由上两式,综合解得:
(2)粒子做匀速直线运动,则运动时间为
在两个电场中的偏距:
在无电场区域中的运动时间为t2,偏距y2,
运动的时间,
偏转位移,
则有
解得:
答:(1)无电场区域位于区域左侧一半内时,如图甲所示,电子的初速应满足 条件;
(2)无电场区域的左边界离区域左边的距离为x时,如图乙所示,电子的初速又应满足:条件.
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