- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,在方向竖直向下的匀强电场中,一绝缘轻细线一端固定于O点,另一端系一带正电的小球在竖直平面内做圆周运动.小球的带电量为q,质量为m,绝缘细线长为L,电场的场强为E,若带电小球恰好能通过最高点A,则在A点时小球的速率v1为多大?小球运动到最低点B时的速率v2为多大?运动到B点时细线对小球的拉力为多大?
正确答案
解:小球在电场中受到重力、电场力和细线的拉力作用,它好能通过最高点A,由重力和电场力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得
qE+mg=m
解得,v1=
小球由A运动到B的过程中,绳子拉力不做功,根据动能定理得
(qE+mg)•2L=
解得,v2=
在B点:T-mg-Eq=m
解得,T=6(mg+Eq)
答:在A点时小球的速率v1为.小球运动到最低点B时的速率v2为
.运动到B点时细线对小球的拉力为6(mg+Eq).
解析
解:小球在电场中受到重力、电场力和细线的拉力作用,它好能通过最高点A,由重力和电场力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得
qE+mg=m
解得,v1=
小球由A运动到B的过程中,绳子拉力不做功,根据动能定理得
(qE+mg)•2L=
解得,v2=
在B点:T-mg-Eq=m
解得,T=6(mg+Eq)
答:在A点时小球的速率v1为.小球运动到最低点B时的速率v2为
.运动到B点时细线对小球的拉力为6(mg+Eq).
如图所示,电源电动势E=20V,电源的内阻r=2Ω,电阻两个定值电阻R1=R2=8Ω,C为平行板电容器,其电容C=3.0pF,虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20m,两极板的间距d=1.0×10-2m,开关S断开时,有一带电微粒沿虚线方向以v0=2.0m/s的初速度射入C的电场中,微粒恰能落到下板的正中央,已知该微粒的质量为m=4×10-5kg,g取10m/s2,试求:
(1)开关断开时两极板间的电压
(2)微粒所带电荷的电性和电荷量q.
正确答案
解:(1)电容器两极板间的电压等于R2两端电压,开关S断开时,电路中的总电流I==
=2A
电容器的极板电压 U=I R2=2×8V=16V
(2)粒子进入匀强电场中受到重力和电场力作用,做抛体运动,则有
水平方向:L=v0t 竖直方向:
d=
at2
解得a=4m/s2
电场力的方向一定竖直向上,故微粒一定带负电.
由牛顿第二定律得mg-=ma
联立解得q=1.5×10-7C
答:
(1)开关断开时两极板间的电压是16V;
(2)微粒所带负电荷,电荷量q是1.5×10-7C.
解析
解:(1)电容器两极板间的电压等于R2两端电压,开关S断开时,电路中的总电流I==
=2A
电容器的极板电压 U=I R2=2×8V=16V
(2)粒子进入匀强电场中受到重力和电场力作用,做抛体运动,则有
水平方向:L=v0t 竖直方向:
d=
at2
解得a=4m/s2
电场力的方向一定竖直向上,故微粒一定带负电.
由牛顿第二定律得mg-=ma
联立解得q=1.5×10-7C
答:
(1)开关断开时两极板间的电压是16V;
(2)微粒所带负电荷,电荷量q是1.5×10-7C.
如图1所示,A和B是真空中两块面积很大的平行金属板、加上交变电压,在两板间产生变化的电场.已知B板电势为零,在0~T时间内,A板电势UA随时间变化的规律如图2所示,其中UA的最大值为U0,最小值为-2U0.在图1中,虚线MN表示与A、B板平行且等距的一个较小的面,此面到A和B的距离皆为L.在此面所在处,不断地产生电量为q、质量为m的带负电微粒,微粒随时间均匀产生出来.微粒产生后,从静止出发在电场力的作用下运动.设微粒一旦碰到金属板,就附在板上不再运动,且其电量同时消失,不影响A、B板的电压.已知在0~T时间内产生出来的微粒,最终有四分之一到达了A板,求这种微粒的比荷(q/m).(不计微粒重力,不考虑微粒之间的相互作用).
正确答案
解:匀加速阶段的加速度为:a1=
在时刻发射的粒子恰好到达A板,减速阶段的加速为:a2=
=2a1
用时为:t=
故有:+
=L
即:×
=L
解得:=
答:这种微粒的比荷为.
解析
解:匀加速阶段的加速度为:a1=
在时刻发射的粒子恰好到达A板,减速阶段的加速为:a2=
=2a1
用时为:t=
故有:+
=L
即:×
=L
解得:=
答:这种微粒的比荷为.
如图所示,在xOy平面上第Ⅰ象限内有平行于y轴的有界匀强电场,方向如图所示.y轴上一点P的坐标为(0,y0),有一电子以垂直于y轴的初速度v0从P点垂直射入电场中,当匀强电场的场强为E1时,电子从A点射出,A点坐标为(xA,0),当场强为E2时,电子从B点射出,B点坐标为(xB,0).已知电
子的电荷量为e,质量为m,不计电子的重力,E1、E2未知.
(1)求匀强电场的场强E1、E2之比;
(2)若在第Ⅳ象限过Q点放一张垂直于xOy平面的感光胶片,Q点的坐标为(0,-y0),求感光胶片上曝光点的横坐标xA′、xB′之比.
正确答案
解:(1)当电场强度为E1时:
则有xA=v0t1,
y0=t12
当电场强度为E2时:
xB=v0t2,
y0=t22
解得:=
(2)设电场强度为E1时,电子射出电场时的偏转角为θ1
tanθ1=
则有vy1=t1
xA′=+xA=
xA
设电场强度为E2时,电子射出电场时的偏转角为θ2,
则有
因
所以
解得:
答:(1)匀强电场的场强E1、E2之比为;
(2)感光胶片上曝光点的横坐标xA′、xB′之比为xA:xB.
解析
解:(1)当电场强度为E1时:
则有xA=v0t1,
y0=t12
当电场强度为E2时:
xB=v0t2,
y0=t22
解得:=
(2)设电场强度为E1时,电子射出电场时的偏转角为θ1
tanθ1=
则有vy1=t1
xA′=+xA=
xA
设电场强度为E2时,电子射出电场时的偏转角为θ2,
则有
因
所以
解得:
答:(1)匀强电场的场强E1、E2之比为;
(2)感光胶片上曝光点的横坐标xA′、xB′之比为xA:xB.
有一电子经电压U1加速后,进入两块间距为d,电压为U2的平行金属板间,若电子从两板正中间垂直电场方向射入,且正好能穿出电场,设电子的电量为e.求:
(1)金属板AB的长度.
(2)电子穿出电场时的动能.
正确答案
解:(1)电子在加速电场中,由动能定理得:eU1=mv02-0,
电子在偏转电场中做类平抛运动,
水平方向:L=v0t,
竖直方向:d=
at2=
t2,
解得:L=d;
(2)整个过程中,由动能定理可得:
eU1+e×
=EK-0,
解得:EK=;
答:(1)金属板AB的长度为d.
(2)电子穿出电场时的动能为.
解析
解:(1)电子在加速电场中,由动能定理得:eU1=mv02-0,
电子在偏转电场中做类平抛运动,
水平方向:L=v0t,
竖直方向:d=
at2=
t2,
解得:L=d;
(2)整个过程中,由动能定理可得:
eU1+e×
=EK-0,
解得:EK=;
答:(1)金属板AB的长度为d.
(2)电子穿出电场时的动能为.
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