- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图,初速为零的电子经加速电场加速后,垂直射入偏转电场,射出时偏转位移为d,若要使d增大些,下列哪些措施是可行的( )
正确答案
解析
解:经加速电场后的速度为v,则 mv2=eU0
所以电子进入偏转电场时速度的大小为,v=
电子进入偏转电场后的偏转的位移 d=at2=
•
(
)2=
,
可见,要增大d,可行的方法有:增大偏转电压U2,减小加速电压U0.或减小偏转电场极板间距离D.故BC正确.
故选BC
如图所示,两块平行金属板MN、PQ竖直放置,两板间的电势差U=1.6×103 V,现将一质量m=3.0×10-2 kg、电荷量q=+4.0×10-5 C的带电小球从两板左上方的A点以初速度v0=4.0m/s水平抛出,已知A点距两板上端的高度h=0.45m,之后小球恰好从MN板上端内侧M点进入两板间匀强电场,然后沿直线运动到PQ板上的C点,不计空气阻力,取g=10m/s2,求:
(1)带电小球到达M点时的速度大小和与MN的夹角θ;
(2)C点到PQ板上端的距离L
(3)小球到达C点时的动能Ek.
正确答案
解:(1)设小球到达M点时的速度大小为v,从A到M的时间为t,
位移公式,
速度公式vy=gt
得=5 m/s
sinθ==0.8
则有,θ=53°
(2)在两平行板间运动时,小球受水平方向的静电力和竖直向下的重力作用,因为小球在电场内做直线运动,由动力学知识可知,小球受到的电场力方向水平向右,合力方向与速度的方向一致.设极板间的电场强度为E‘、极板间距离为d,则有tanθ=
U=Ed
L=
联以上几式,代入数据,可解得
C点到PQ板上端的距离L==0.12 m.
(3)从M到C的过程中,由动能定理,有:
Ek-mv2=qU+mgL
代入数据,可求得小球到达C点时的动能
Ek=0.475 J.
答案:(1)带电小球到达M点时的速度大小5.0 m/s和与MN的夹角53°;
(2)C点到PQ板上端的距离L=0.12 m;
(3)小球到达C点时的动能0.475 J.
解析
解:(1)设小球到达M点时的速度大小为v,从A到M的时间为t,
位移公式,
速度公式vy=gt
得=5 m/s
sinθ==0.8
则有,θ=53°
(2)在两平行板间运动时,小球受水平方向的静电力和竖直向下的重力作用,因为小球在电场内做直线运动,由动力学知识可知,小球受到的电场力方向水平向右,合力方向与速度的方向一致.设极板间的电场强度为E‘、极板间距离为d,则有tanθ=
U=Ed
L=
联以上几式,代入数据,可解得
C点到PQ板上端的距离L==0.12 m.
(3)从M到C的过程中,由动能定理,有:
Ek-mv2=qU+mgL
代入数据,可求得小球到达C点时的动能
Ek=0.475 J.
答案:(1)带电小球到达M点时的速度大小5.0 m/s和与MN的夹角53°;
(2)C点到PQ板上端的距离L=0.12 m;
(3)小球到达C点时的动能0.475 J.
如图所示,光滑的薄平板A长L=1m,质量M=2Kg,放在水平光滑桌面上,平板右端与桌边相齐,在平板上距右端d=0.6m处放一比荷为=0.1C/Kg的带电体B(大小可忽略).在桌面上方区域内有电场强度不同的匀强电场,OO′左侧电场强度为E=10V/m,方向水平向右;右侧电场强度为左侧的5倍,方向水平向左.在薄平板A的右端施加恒定的水平作用力F,同时释放带电体B.经过一段时间后,在OO′处带电体B与薄平板A分离,其后带电体B到达桌边缘时动能恰好为零.g=10m/s2.求:
(1)OO′处到桌面右侧边缘的距离;
(2)加在薄平板A上恒定水平作用力F的大小.
正确答案
解:(1)对B在OO′左侧运动时,qE=ma1
设B到达OO′时的速度为v,则:v2=2a1x1
对B在OO′右侧运动时,q×5E=ma2,v2=2a2x2,
由几何关系知,x1+x2=d
代入数据解得x2=0.1m.
(2)对木板A,在B加速的时间内,
x3=L-x2
x3=a3t12
B在同一时间内加速的过程中,有
x1=a1t12
对木板A,在B加速的时间内受力F的作用,由牛顿第二定律得,F=Ma3,
代入数据解得F=3.6N.
答:
(1)OO′处到桌面右侧边缘的距离为0.1m;
(2)加在薄平板A上恒定水平作用力F的大小为3.6N.
解析
解:(1)对B在OO′左侧运动时,qE=ma1
设B到达OO′时的速度为v,则:v2=2a1x1
对B在OO′右侧运动时,q×5E=ma2,v2=2a2x2,
由几何关系知,x1+x2=d
代入数据解得x2=0.1m.
(2)对木板A,在B加速的时间内,
x3=L-x2
x3=a3t12
B在同一时间内加速的过程中,有
x1=a1t12
对木板A,在B加速的时间内受力F的作用,由牛顿第二定律得,F=Ma3,
代入数据解得F=3.6N.
答:
(1)OO′处到桌面右侧边缘的距离为0.1m;
(2)加在薄平板A上恒定水平作用力F的大小为3.6N.
如图所示,水平放置的平行板电容器,两板间距为d,板长为L,接在电压恒定的电源上,有一带电小球以初速度v0从两板间的正中央水平射入后恰好做匀速直线运动.当它运动到P处时迅速将下板向上平移
d小球刚好从金属板末端飞出(重力加速度为g).求:
(1)将下板向上平移后,小球的加速度大小;
(2)小球从射入电场到P处的时间.
正确答案
解:(1)带电液滴在板间受重力和竖直向上的电场力,因为液滴做匀速运动,
则有F=qE=mg
又因=
=
且当下极板向上提时:电场力F′=E′q=1.2Eq=1.2mg
液滴向上做类平抛运动
则有:;
方向:向上
(2)设从P点到板末端飞出过程的时间t1,
有:
得:
设刚进入电场到飞出电场时间为t2,
有:
因此液滴从射入开始匀速运动到P点的时间t=t2-t1=0.3s;
答:(1)将下板向上提起后,液滴的加速度大小2m/s2和方向向上;
(2)液滴从射入运动到P点所用时间0.3s.
解析
解:(1)带电液滴在板间受重力和竖直向上的电场力,因为液滴做匀速运动,
则有F=qE=mg
又因=
=
且当下极板向上提时:电场力F′=E′q=1.2Eq=1.2mg
液滴向上做类平抛运动
则有:;
方向:向上
(2)设从P点到板末端飞出过程的时间t1,
有:
得:
设刚进入电场到飞出电场时间为t2,
有:
因此液滴从射入开始匀速运动到P点的时间t=t2-t1=0.3s;
答:(1)将下板向上提起后,液滴的加速度大小2m/s2和方向向上;
(2)液滴从射入运动到P点所用时间0.3s.
让质子(H)和氘核(H)的混合物沿着与电场垂直的方向进入匀强电场,要使它们最后的偏转角度相同,这些粒子进入电场时必须具有相同的______(填:初速度、动能、比荷或质量).
正确答案
动能
解析
解:设带电粒子的质量为m,电量为q,匀强电场的场强大小为E,电场的宽度为L,初速度为v0,最后的偏转角为θ.
带电粒子在垂直电场方向做匀速直线运动,L=v0t,所以 t=沿电场方向做匀加速直线运动,加速度 a=
粒子离开电场时垂直于电场方向的分速度 vy=at
则 tanθ=联立解得:tanθ=
质子和氘核的电量相等,θ相同时,则知mv02相等,初动能Ek0=相等.比荷
不等,初速度v0、加速度a不等.
故答案为:动能.
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