- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,带等量异种电荷的两块相互平行的金属板AB、CD长都为L,两板间距为d,其间为匀强电场,当两极板电压U0为时,有一质量为m,带电量为q的质子紧靠AB板上的上表面以初速度V0射入电场中,设质子运动过程中不会和CD相碰,求:
(1)当t=时,质子在竖直方向的位移是多大?
(2)当t=时,突然改变两金属板的电性,且两板间电压为U1,质子恰能沿B端飞出电场,求:电压U1与U0的比值是多大?
正确答案
解:(1)质子进入电场的加速度为
当t=时,质子在竖直方向的位移:
=
=
(2)当t=时,质子在竖直方向的速度:
vy=at==
改变两极板的极性后,质子在竖直方向上的加速度:
在竖直方向上,由匀变速直线运动公式,得:
带入以上各数据,有
解得
答:(1)当t=时,质子在竖直方向的位移为
.
(2)当t=时,突然改变两金属板的电性,且两板间电压为U1,质子恰能沿B端飞出电场,则
.
解析
解:(1)质子进入电场的加速度为
当t=时,质子在竖直方向的位移:
=
=
(2)当t=时,质子在竖直方向的速度:
vy=at==
改变两极板的极性后,质子在竖直方向上的加速度:
在竖直方向上,由匀变速直线运动公式,得:
带入以上各数据,有
解得
答:(1)当t=时,质子在竖直方向的位移为
.
(2)当t=时,突然改变两金属板的电性,且两板间电压为U1,质子恰能沿B端飞出电场,则
.
如图所示,在竖直虚线MN和PQ之间区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一带归属粒子(不计重力)以初速度v0由a点垂直MN进入这个区域,带电粒子沿直线运动,并从c点离开场区.如果撤去磁场,该粒子将从b点离开场区;如果撤去电场,该粒子将从d点离开场区.则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:由a点垂直MN进入这个区域,带电粒子沿直线运动,并从c点离开场区.则电场力与洛伦兹力相平衡;当撤去磁场,该粒子将从b点离开场区,则说明粒子受到电场力作用,做类平抛运动;当撤去电场,该粒子将从d点离开场区,则说明粒子受到洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.
A、该粒子由b点离开场区时,则电场力对粒子做正功,导致粒子的动能增加;该粒子由c点离开场区时,则电场力对粒子不做功,导致粒子的动能不变;该粒子由d点离开场区时,则电场力对粒子做负功,导致粒子的动能减小,故A错误;
B、带电粒子从b射出做类平抛运动,与从c射出做直线运动,粒子运动时间相等,而从d射出粒子做匀速圆周运动,则运动时间不等.故B错误;
C、由题意可知,若该粒子带负,则电场方向竖直向下,而磁场方向应是垂直于纸面向里,原因是洛伦兹力向下且带负电.故C错误;
D、当带电粒子从c射出时,粒子做直线运动,电场力与洛伦兹力相等,即qE=Bqv0,则有匀强电场的场强E与匀强磁场的磁感应强度B之比=v0故D正确;
故选:D
如图所示,两块相同的金属板正对着水平放置,电压U时,一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子,以水平速度v0从A点射入电场,经过一段时间后从B点射出电场,A、B问的水平距离为L.不计重力影响.求
(1)带电粒子从A点运动到B点经历的时间t;
(2)A、B问竖直方向的距离y;
(3)带电粒子经过B点时速度的大小v.
正确答案
解:(1)带电粒子在水平方向做匀速直线运动,从A点运动到B点经历的时间为:
t=,
(2)带电粒子在竖直方向做匀加速直线运动
板间场强大小为:,
加速度大小为:a=,
A、B间竖直方向的距离为:y=,
(3)带电粒子从A点运动到B点过程中,根据动能定理得:
,
而UAB=Ey,
解得带电粒子在B点速度的大小为:
v=.
答:(1)带电粒子从A点运动到B点经历的时间为;
(2)A、B问竖直方向的距离为;
(3)带电粒子经过B点时速度的大小为.
解析
解:(1)带电粒子在水平方向做匀速直线运动,从A点运动到B点经历的时间为:
t=,
(2)带电粒子在竖直方向做匀加速直线运动
板间场强大小为:,
加速度大小为:a=,
A、B间竖直方向的距离为:y=,
(3)带电粒子从A点运动到B点过程中,根据动能定理得:
,
而UAB=Ey,
解得带电粒子在B点速度的大小为:
v=.
答:(1)带电粒子从A点运动到B点经历的时间为;
(2)A、B问竖直方向的距离为;
(3)带电粒子经过B点时速度的大小为.
如图所示,相距为d的两块平行金属板M、N与直流电源相连.一带电粒子(重力不计)垂直于电场方向从M板边缘射入电场,恰好打在N板的中央.为了能使粒子从N板边缘飞出电场,可将N板平移一段距离.
(1)若开关S始终闭合,则这个距离应为多大?
(2)若在开关S断开后再移动N板,这个距离又应为多大?
正确答案
解:(1)带电粒子在板间的运动均为类平抛运动,水平方向的运动速度一定,设第一次带电粒子的运动时间为t1,第二次恰从边缘飞出,所用时间为t2,则有t2=2t1…①
设板下移的距离为△d,则S闭合时,有:…②
…③
由①、②、③可得△d=d,
即N板向下移动的距离为d
(2)若S断开,则板上的电荷量不变,不难判断,移动N板时,板间的场强将不变,
设板下移距离△d′,有d=…④
…⑤
由①、④、⑤解得△d′=3 d,
即N板向下移动距离为3d.
答:(1)若开关S始终闭合,则这个距离应为d;
(2)若在开关S断开后再移动N板,这个距离又应为3d.
解析
解:(1)带电粒子在板间的运动均为类平抛运动,水平方向的运动速度一定,设第一次带电粒子的运动时间为t1,第二次恰从边缘飞出,所用时间为t2,则有t2=2t1…①
设板下移的距离为△d,则S闭合时,有:…②
…③
由①、②、③可得△d=d,
即N板向下移动的距离为d
(2)若S断开,则板上的电荷量不变,不难判断,移动N板时,板间的场强将不变,
设板下移距离△d′,有d=…④
…⑤
由①、④、⑤解得△d′=3 d,
即N板向下移动距离为3d.
答:(1)若开关S始终闭合,则这个距离应为d;
(2)若在开关S断开后再移动N板,这个距离又应为3d.
如图所示,在A板附近有一电子由静止开始向B板运动,则关于电子到达B板时的速率,下列解释正确的是( )
正确答案
解析
解:由于两极板之间的电压不变,所以极板之间的场强为E=,电子的加速度为a=
=
,由此可见,两板间距离越小,加速度越大;
电子在电场中一直做匀加速直线运动,由d=at2=
t2,所以电子加速的时间为t=d
,由此可见,两板间距离越小,加速时间越短,
对于全程,由动能定理可得,qU=mv2,所以电子到达Q板时的速率与两板间距离无关,仅与加速电压U有关,故C正确,ABD错误.
故选:C.
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