- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,电源的电动势为E=18V,内阻r=1.0Ω,电阻R2=5.0Ω,R3=6.0Ω.平行金属板水平放置,两板间距d=2cm,当可变电阻R1的滑动触头移至R1的中点时,电源的路端电压是16V,一个带电荷量q=-8.0×10-9 C的油滴正好平衡于两板之间,(g取10m/s2)求:
(1)R1的总阻值;
(2)油滴的质量;
(3)移动R1的滑动头P,油滴可获得向下的最大加速度.
正确答案
解(1)电路中的总电流为 I=A=2A
R2两端的电压为 UR2=I1R2=2×5.0V=10V
R1、R3并联部分的电压为 UR3=UR1=U1-UR2=16-10=6V
通过R3的电流为
则通过R1的电流为 IR1=I1-IR3=1A
则R1接入电路部分的电阻为 ,
则可变电阻的总阻值为R1=2R1′=2×6Ω=12Ω.
(2)电容器并联在R2两端,则电容器两端的电压为UC=UR2=10V
根据平衡条件得:q=mg,
油滴的质量为:m==
=4.0×10-7kg.
(3)为使油滴获得向下的加速度,需要把R1的滑动触头P向上移动,以减小电容器两端的电压,从而减小电场力.为使向下的加速度最大,则应使R1的滑动触头向上移动R1的最上端,此时,R1、R3并联电阻为:,
则R2两端的电压为:,
电容器两端的电压为:,
根据牛顿第二定律得:,
油滴向下的最大加速度为:
=1m/s2.
答:
(1)R1的总阻值为12Ω;
(2)油滴的质量为4.0×10-7kg;
(3)移动R1的滑动头P,油滴可获得向下的最大加速度为1m/s2.
解析
解(1)电路中的总电流为 I=A=2A
R2两端的电压为 UR2=I1R2=2×5.0V=10V
R1、R3并联部分的电压为 UR3=UR1=U1-UR2=16-10=6V
通过R3的电流为
则通过R1的电流为 IR1=I1-IR3=1A
则R1接入电路部分的电阻为 ,
则可变电阻的总阻值为R1=2R1′=2×6Ω=12Ω.
(2)电容器并联在R2两端,则电容器两端的电压为UC=UR2=10V
根据平衡条件得:q=mg,
油滴的质量为:m==
=4.0×10-7kg.
(3)为使油滴获得向下的加速度,需要把R1的滑动触头P向上移动,以减小电容器两端的电压,从而减小电场力.为使向下的加速度最大,则应使R1的滑动触头向上移动R1的最上端,此时,R1、R3并联电阻为:,
则R2两端的电压为:,
电容器两端的电压为:,
根据牛顿第二定律得:,
油滴向下的最大加速度为:
=1m/s2.
答:
(1)R1的总阻值为12Ω;
(2)油滴的质量为4.0×10-7kg;
(3)移动R1的滑动头P,油滴可获得向下的最大加速度为1m/s2.
一电子以v的速度沿与电场垂直的方向从A点水平垂直于场强方向飞入,并从B点沿与场强方向成150°的方向飞出该电场,如图所示,则A、B两点的电势差UAB=______(电子的质量为m,电荷量为-e)
正确答案
解析
解:从A到B过程,由动能定理得:-
又因为:sin30°=
所以:
故答案为:
静电除尘装置的简化模型如图所示,重力可忽略的带负电尘埃,以速度v0垂直匀强电场飞入板间.为了使更多的尘埃打在板上,下列措施可行的是( )
正确答案
解析
解:带负电尘埃在电场中做类平抛运动,竖直方向上的位移为:.
要使更多尘埃打在板上,则需要增大y便可.由式可知增加L,增大U可,BC正确.
故选:BC
如图所示,水平放置的两块平行金属板,两板间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、带电量为+q的微粒以一定的水平初速度从两极板中轴线OP射入板间,它受到的洛伦兹力是电场力的2倍,并恰好做直线运动.现将匀强磁场撤去,使该微粒以相同的水平初速度仍从两极板中轴线OP射入板间,飞出板后,继续运动,打在屏NN′上的S点(未标出).已知金属板长L,屏与金属板右端距离也是L.求:
(1)匀强磁场的方向;
(2)微粒的水平初速度多大?
(3)S点到中轴线OP的距离PS(P点在屏上).
正确答案
解:(1)粒子恰好做直线运动,可知粒子受电场力、重力与洛仑兹力平衡,
受到的洛伦兹力是电场力的2倍,电场力方向向下,所以洛伦兹力方向向上,
根据左手定则得匀强磁场的方向是垂直纸面向里.
(2)粒子受电场力、重力与洛仑兹力平衡,根据平衡条件得:
mg+F电=F洛
F洛=Bqυ
F洛=2F电
解得:υ=;
(3)根据F洛=2F电和mg+F电=F洛得
F电=mg
粒子在水平方向做匀速直线运动,
υt=L
竖直方向做加速度是2g的匀加速直线运动,
y1=(g+
)t2=gt2
υy=(g+)t=2gt
出电场区域后,粒子在竖直方向做加速度是g的匀加速直线运动,
y2=υy t+gt2
所以S点到中轴线OP的距离h=y1+y2=B2q2L2;
答:(1)匀强磁场的方向是垂直纸面向里;
(2)微粒的水平初速度是
(3)S点到中轴线OP的距离是B2q2L2.
解析
解:(1)粒子恰好做直线运动,可知粒子受电场力、重力与洛仑兹力平衡,
受到的洛伦兹力是电场力的2倍,电场力方向向下,所以洛伦兹力方向向上,
根据左手定则得匀强磁场的方向是垂直纸面向里.
(2)粒子受电场力、重力与洛仑兹力平衡,根据平衡条件得:
mg+F电=F洛
F洛=Bqυ
F洛=2F电
解得:υ=;
(3)根据F洛=2F电和mg+F电=F洛得
F电=mg
粒子在水平方向做匀速直线运动,
υt=L
竖直方向做加速度是2g的匀加速直线运动,
y1=(g+
)t2=gt2
υy=(g+)t=2gt
出电场区域后,粒子在竖直方向做加速度是g的匀加速直线运动,
y2=υy t+gt2
所以S点到中轴线OP的距离h=y1+y2=B2q2L2;
答:(1)匀强磁场的方向是垂直纸面向里;
(2)微粒的水平初速度是
(3)S点到中轴线OP的距离是B2q2L2.
如图所示,电子在电压为U1的加速电场中由静止开始运动,然后进入电压为U2的两块平行极板间的电场中,入射方向和极板平行.整个装置放在真空中,在满足电子能射出平行板区的条件下,一定能使电子的偏移量h变大的是( )
正确答案
解析
解:
设电子被加速后获得初速为v0,则由动能定理得:…①
又设极板长为l,则电子在电场中偏转所用时间:…②
又设电子在平行板间受电场力作用产生加速度为a,由牛顿第二定律得:…③
电子射出偏转电场时,平行于电场方向的速度:h=…④
由①、②、③、④可得:h=
故U2变大或U1变小都可能使h变大,故选项B正确,选项ACD错误.
故选:B.
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