- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,直角坐标系位于竖直平面内,在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的方向垂直xOy平面向外,电场线方向平行于y轴.一质量为m、电荷量为q的带正电的小球,从y轴上的A点以水平速度v0向右抛出,与x轴成45°角经x轴上M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从坐标原点第一次离开电场和磁场.不计空气阻力,重力加速度为g.求:
(1)电场强度E的大小和方向;
(2)磁感应强度的大小.
正确答案
解:(1)小球在电场和磁场的复合场中恰能做匀速圆周运动,所受的电场力与重力必须平衡,则有:
qE=mg
解得:E=
由于小球带正电,故电场方向竖直向上.
(2)小球从A运动到M做平抛运动,根据平抛运动的规律得:
在M点有 vy=v0tan45°,vy=gt,OM=v0t
联立解得:OM=
则小球做匀速圆周运动的速度 v=v0.
设小球做匀速圆周运动的半径为r,由几何关系得:
2rsin45°=OM
得,r=
根据洛伦兹力提供向心力,得:
qvB=m
解得:B=
答:(1)电场强度E的大小为,方向竖直向上;(2)磁感应强度的大小为
.
解析
解:(1)小球在电场和磁场的复合场中恰能做匀速圆周运动,所受的电场力与重力必须平衡,则有:
qE=mg
解得:E=
由于小球带正电,故电场方向竖直向上.
(2)小球从A运动到M做平抛运动,根据平抛运动的规律得:
在M点有 vy=v0tan45°,vy=gt,OM=v0t
联立解得:OM=
则小球做匀速圆周运动的速度 v=v0.
设小球做匀速圆周运动的半径为r,由几何关系得:
2rsin45°=OM
得,r=
根据洛伦兹力提供向心力,得:
qvB=m
解得:B=
答:(1)电场强度E的大小为,方向竖直向上;(2)磁感应强度的大小为
.
α粒子(He)和质子(
H)以相同速度垂直于电场线方向进入同一偏转电场,则在通过偏转电场的过程中( )
正确答案
解析
解:
A、α粒子和质子垂直于电场线方向进入偏转电场后,沿初速度方向都做匀速直线运动,运动时间为t=,l、v0相同,则它们在电场中的运动时间相等.故A正确.
B、C,α粒子和质子在沿电场方向做匀加速直线运动,加速度为a=,α粒子的比荷
小于质子的比荷
,E相同,则α粒子的加速度小于质子的加速度,偏转距离y=
,t相同,则α粒子的偏转距离小于质子的偏转距离.故BC错误.
D、电场力做功W=qEy=qEt2=
,两个粒子的
相同,E、t相同,所以电场力对它们做的功相等.故D正确.
故选AD
如图所示,两块长3cm的平行金属板AB相距1cm,并与300V直流电源的两极相连接,ϕA<ϕB,如果在两板正中间有一电子,从正中间沿着垂直于电场线方向以2×107m/s的速度飞入,证明电子能否飞出平行金属板.( m=9×10-31kg,e=-1.6×10-19C)
正确答案
解:解:粒子在水平方向做匀速直线运动,假设能飞出极板,则运动时间由l=vt可得:
t=;
粒子在沿电场方向上做匀加速直线运动,加速度a=;
则飞出极板时的竖直位移为:
y=at2=
=6×10-3m>5×10-3m
所以电子不能飞出金属板;
解析
解:解:粒子在水平方向做匀速直线运动,假设能飞出极板,则运动时间由l=vt可得:
t=;
粒子在沿电场方向上做匀加速直线运动,加速度a=;
则飞出极板时的竖直位移为:
y=at2=
=6×10-3m>5×10-3m
所以电子不能飞出金属板;
喷墨打印机的原理示意图如图所示,其中墨盒可以发出墨汁液滴,此液滴经过带电室时被带上负电,带电多少由计算机按字体笔画高低位置输入信号加以控制.带电后液滴以一定的初速度进入偏转电场,带电液滴经过偏转电场发生偏转后打到纸上,显示出字体.计算机无信号输入时,墨汁液滴不带电,径直通过偏转板最后注入回流槽流回墨盒.
设偏转极板板长L1=1.6cm,两板间的距离d=0.50cm,两板间的电压U=8.0×103V,偏转极板的右端距纸的距离L2=3.2cm.若一个墨汁液滴的质量为m=1.6×10-10kg,墨汁液滴以v0=20m/s的初速度垂直电场方向进入偏转电场,此液滴打到纸上的点距原入射方向的距离为2.0mm.不计空气阻力和重力作用.求:
(1)这个液滴通过带电室后所带的电荷量q.
(2)若要使纸上的字体放大,可通过调节两极板间的电压或调节偏转极板的右端距纸的距离L2来实现.现调节L2使纸上的字体放大10%,调节后偏转极板的右端距纸的距离L2′为多大?
正确答案
解:(1)带电微滴进入电场后,做类平抛运动,加速度为a=
偏转距离为y=,
运动时间为t=
设粒子刚离开电场时偏转角度为α,则tanα==
则液滴打到纸上的点距原入射方向的距离为Y=y+L2tanα=+
联立以上各式解得,q=1.3×10-13C
(2)调节L2使纸上的字体放大10%,则知Y′=1.1Y,由上式得
Y′=+
代入解得,L2′=3.6cm
答:(1)这个液滴通过带电室后所带的电荷量q是1.3×10-13C.
(2)调节后偏转极板的右端距纸的距离L2′为3.6cm.
解析
解:(1)带电微滴进入电场后,做类平抛运动,加速度为a=
偏转距离为y=,
运动时间为t=
设粒子刚离开电场时偏转角度为α,则tanα==
则液滴打到纸上的点距原入射方向的距离为Y=y+L2tanα=+
联立以上各式解得,q=1.3×10-13C
(2)调节L2使纸上的字体放大10%,则知Y′=1.1Y,由上式得
Y′=+
代入解得,L2′=3.6cm
答:(1)这个液滴通过带电室后所带的电荷量q是1.3×10-13C.
(2)调节后偏转极板的右端距纸的距离L2′为3.6cm.
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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