- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
(2014秋•蓟县期末)如图所示,带电粒子P的电荷量是Q的3倍,它们以相同的速度从同一点垂直场强方向射入匀强电场,P、Q分别打在M、N点,OM=2MN,带电粒子的重力不计,则P、Q粒子的质量之比为( )
正确答案
解析
解:粒子在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,两粒子的初速度相等,水平位移比为1:2,知运动时间比为1:2.
根据y=,得加速度之比为4:1
根据牛顿第二定律得,a=,因为电量比为3:1,则质量比为3:4.故ABD错误,C正确.
故选:C.
如图所示,质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中,P从两极板正中央射入,Q从下极板边缘处射入,它们最后打在同一点(重力不计),则从开始射入到打到上极板的过程中( )
正确答案
解析
解:A、垂直电场方向不受力,做匀速直线运动,位移相等,速度相等,由x=vt得知,运动的时间相等,故A正确;
B、平行电场方向受到电场力作用,做初速度为零的匀加速直线运动,根据位移时间关系公式,有:y=at2,解得:a=
…①,
由于两带电粒子平行电场方向分位移之比为:yP:yQ=1:2,所以aQ>aP,故B错误;
C、根据牛顿第二定律,有:qE=ma…②,由①②两式解得:q=,所以它们所带的电荷量之比qP:qQ=1:2,故C正确;
D、根据动能定理,有:qEx=△Ek,而:qP:qQ=1:2,xP:xQ=1:2,所以动能增加量之比:△EkP:△EkQ=1:4,故D错误;
故选:AC
如图,质量m=5×10-8kg的带负电微粒以v0=2m/s的速度从水平放置的金属板A、B的中央飞入板间,已知板长L=10cm,板间距离d=2cm.当U0=1000V时,带电粒子恰好沿线穿过板间,取g=10m/s2,求:
(1)带电粒子的电量.
(2)当电压为U1=800V时,粒子离开金属板时的竖直偏转位移.
(3)当电压为U2=2000V时,该电场最终对粒子所做的功.
正确答案
解:(1)由电场力和重力平衡得到:
mg=qE
其中:
E=
解得:
q==
=10-11C
(2)当电压为U1=800V时,根据类似平抛运动的分位移公式,有:
L=v0t
根据牛顿第二定律,有:
a=g-
联列解得:y=2.5×10-3m
(3)当电压较大时,粒子向上偏,既可以从两极板穿出,也可能打在上极板上;
假设粒子刚好从上极板射出,根据类似平抛运动的分位移公式,有:
解得:U=1800V,所以,当电压为U2=2000V时,粒子打在上极板
此时:W=q()=10-8J
答:(1)带电粒子的电量为10-11C.
(2)当电压为U1=800V时,粒子离开金属板时的竖直偏转位移为2.5×10-3m.
(3)当电压为U2=2000V时,该电场最终对粒子所做的功为10-8J.
解析
解:(1)由电场力和重力平衡得到:
mg=qE
其中:
E=
解得:
q==
=10-11C
(2)当电压为U1=800V时,根据类似平抛运动的分位移公式,有:
L=v0t
根据牛顿第二定律,有:
a=g-
联列解得:y=2.5×10-3m
(3)当电压较大时,粒子向上偏,既可以从两极板穿出,也可能打在上极板上;
假设粒子刚好从上极板射出,根据类似平抛运动的分位移公式,有:
解得:U=1800V,所以,当电压为U2=2000V时,粒子打在上极板
此时:W=q()=10-8J
答:(1)带电粒子的电量为10-11C.
(2)当电压为U1=800V时,粒子离开金属板时的竖直偏转位移为2.5×10-3m.
(3)当电压为U2=2000V时,该电场最终对粒子所做的功为10-8J.
示波管原理如图所示,电子在电压为UPK的加速电场中由静止开始运动,然后进入电压为UAB的偏转电场,最后打在荧光屏上的O′点,要使电子打在荧光屏上的位置O′到荧光屏中心O的距离增大,下列措施可行的是( )
正确答案
解析
解:设电子经电压UPK加速后的速度为v0,
由动能定理得:eUPK=mv02,①
电子以速度υ0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动.
设偏转电场的电场强度为E,电子在偏转电场中运动的时间为t1,电子的加速度为a,离开偏转电场时的侧移量为y1,
由牛顿第二定律得:
F=eE2=e=ma,
解得:a=
由运动学公式得:
水平方向有:L=v0t1
竖直方向有:y1=at12,
联立解得:y1=;
设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为υy,由匀变速运动的速度公式可知υy=at1;
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,设电子离开偏转电场后打在荧光屏上所用的时间为t2,则
电子打到荧光屏上的侧移量为y2.
水平方向:R=v0t2,竖直方向:y2=vyt2,解得:y2=;
P至O点的距离y=y1+y2=.
可知,要使电子打在荧光屏上的位置O′到荧光屏中心O的距离增大,即使y增大,可只减小UPK,或只增大UAB,或同时减小UPK,或只增大UAB.y与电子的比荷无关,所以将电子换成比荷()较大的带电粒子y不变.故ACD错误,B正确.
故选:B.
如图所示,初速度大小不计的质子经U=5000V的加速电压加速后,在距a、b两极板等距离处垂直于电场方向进入平行板间的匀强电场,若a、b两板间距离d=1.0cm,板长L=5.0cm,那么,要使质子能从平行板间飞出,a,b两个极板上所加电压不能超过多大?质子的重力忽略不计.
正确答案
解:加速过程有:
进入偏转电场,质子在平行于板面的方向上做匀速运动:l=v0t
在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,设加速度为a,有:
eE=ma
E=
y=at2
能飞出的条件为:y
解得:U′≤4.0×102V
答:要使质子能飞出,所加电压最大为400V.
解析
解:加速过程有:
进入偏转电场,质子在平行于板面的方向上做匀速运动:l=v0t
在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,设加速度为a,有:
eE=ma
E=
y=at2
能飞出的条件为:y
解得:U′≤4.0×102V
答:要使质子能飞出,所加电压最大为400V.
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