- 带电粒子在电场中的加速
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如图所示,一群相同带电粒子以不同的速度垂直于电场线方向飞入平行板电容器,其中一个初动能为Ek的粒子飞出电容器时动能为2Ek.现发现有一个粒子以4.25Ek的动能飞出电容器,那么该带电粒子飞入电场时的初动能可能是( )
正确答案
解析
解:设一个粒子飞入过程中初速度为v,电场宽度为L,初动能为 Ek=mv2.
飞入过程中粒子沿电场线方向的位移为:y=at2=
•
•(
)2=
飞入过程由动能定理:qEy=2Kk末-Ek=Ek;
代入得:qE•=Ek,
则得:=Ek2
另一个粒子飞入过程中沿电场线方向的位移为:Y=•
•(
)2=
=
,
解得:EK末=4.25Ek
根据动能定理得:qEY=Ek末-Ek′=4.25Ek-Ek′
则初动能为:Ek′=4.25Ek-qEY=4.25Ek-qE•=4.25Ek-
=4.25Ek-Ek2•
解得:Ek′=4Ek;
故选:A
如图所示,一个带电量为-q,质量为m的油滴,从O以速度v射入水平向右匀强电场中,v的方向与电场方向成θ角.油滴运动到最高点O′时,它的速度大小又恰好为v,O与O′的竖直高度差为h,则( )
正确答案
解析
解:A、B油滴从O到O′的过程,动能不变,而重力势能增加,根据能量守恒可知油滴的电势能减小,电场力做正功,油滴带负电,则知该油滴应逆着电场线移动,故O′在O的左上方.故A正确,B错误.
C、D油滴从O到O′的过程,由动能定理得:UO′Oq-mgh=0
解得 UO′O=.故C正确,D错误.
故选AC
下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场加速后,粒子速度最大的是( )
正确答案
解析
解:设加速电场的电压为U,粒子的质量和电量分别为m和q,
由动能定理得:qU=mv2-0,解得:v=
,
可见,速度与粒子的比荷平方根成正比.
由于质子的比荷最大,所以质子的速度最大.
故选:A.
如图所示,M和N是相互平行的金属板,OO1为中线,P是足够大的荧光屏.金属板M和N相距为d,板长为L1.平行极板右端到荧光屏的距离为L2.
(1)若只在两板间加恒定电压U,(不考虑电场边缘效应)电子以各种速率连续地从O点沿OO1方向射入两板间.已知电子的电量为e、质量为m,试求:电子打在荧光屏P上偏离O1点的最远距离为多大?
(2)到达荧光屏距O1点最远的电子的动能为多大?
(3)若撤去加在两在两金属板间的电压,只在两两金属板间加匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,且磁感应强度为B,一列同种带电粒子以相同的速率V0从AC之间垂直于AC进入磁场,部分粒子离开磁场后打在荧光屏上形成一条长为的亮线.求这群粒子的比荷.
正确答案
解:(1)电子做类似平抛运动,由得:
故:
(2)打在荧光屏上的动能为:
(3)粒子的运动轨迹如图:
结合几何关系,有:
解得:
洛伦兹力提供向心力,故:
联立解得:
答:(1)电子打在荧光屏P上偏离O1点的最远距离为;
(2)到达荧光屏距O1点最远的电子的动能为;
(3)这群粒子的比荷为.
解析
解:(1)电子做类似平抛运动,由得:
故:
(2)打在荧光屏上的动能为:
(3)粒子的运动轨迹如图:
结合几何关系,有:
解得:
洛伦兹力提供向心力,故:
联立解得:
答:(1)电子打在荧光屏P上偏离O1点的最远距离为;
(2)到达荧光屏距O1点最远的电子的动能为;
(3)这群粒子的比荷为.
有三个质量相等,分别带有正电、负电和不带电的微粒,从极板左侧中央以相同的水平初速度v先后垂直场强射入,分别落到下极板A、B、C处,如图所示,则下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:ABC、三个微粒的初速度相等,水平位移xA>xB>xC,根据水平方向上做匀速直线运动,所以由公式x=vt得tA>tB>tC.
三个微粒在竖直方向上的位移相等,根据y=at2,知aA<aB<aC.从而得知B仅受重力,A所受的电场力向上,C所受的电场力向下,所以B不带电,A带正电,C带负电.故AC正确,B错误.
D、根据动能定理,三个微粒重力做功相等,A电场力做负功,C电场力做正功,所以C的动能变化量最大,A动能变化量最小,初动能相等,所以三个微粒到达极板时的动能EkA<EkB<Ekc.故D正确.
故选:ACD.
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