- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,虚线MN下方存在竖直向上的匀强电场,场强E=2×103V/m,电场区域上方有一竖直放置长为l=0.5m的轻质绝缘细杆,细杆的上下两端分别固定一个带电小球A、B,它们的质量均为m=0.01kg,A带正电,电量为q1=2.5×10-4C;B带负电,电荷量q2=5×10-5C,B到MN的距离h=0.05m.现将轻杆由静止释放(g取10m/s2),求:
(1)小球B刚进入匀强电场后的加速度大小.
(2)从开始运动到A刚要进入匀强电场过程的时间.
(3)小球B向下运动离M、N的最大距离.
正确答案
解:(1)小球B刚进入电场时,以A、B球及轻杆为一整体,做加速度为a的匀加速运动,由牛顿第二定律:
2mg+q2E=2ma
解得a=g+=15 m/s2
(2)B球进入电场前,A、B球及轻杆整体做自由落体运动,时间为t1,则有h=gt12
解得:t1=0.1 s
B球进入电场瞬间速度:v1=gt1=1 m/s
从B球进入电场到A球刚要进入电场过程,A、B球整体做匀加速运动,时间为t2,则有l=v1t2+at22
解方程得:t2=0.2 s
从开始运动到A刚要进入匀强电场过程中的时间
t=t1+t2=0.3 s.
(3)设小球B向下运动离MN最大距离为s,A、B球整体从开始运动到达最低点过程中,由动能定理得:
2mg(h+s)+q2Es-q1E(s-l)=0
解得:s=1.3m.
答:(1)小球B刚进入匀强电场后的加速度大小为15m/s2.
(2)从开始运动到A刚要进入匀强电场过程的时间0.3s.
(3)小球B向下运动离M、N的最大距离1.3m.
解析
解:(1)小球B刚进入电场时,以A、B球及轻杆为一整体,做加速度为a的匀加速运动,由牛顿第二定律:
2mg+q2E=2ma
解得a=g+=15 m/s2
(2)B球进入电场前,A、B球及轻杆整体做自由落体运动,时间为t1,则有h=gt12
解得:t1=0.1 s
B球进入电场瞬间速度:v1=gt1=1 m/s
从B球进入电场到A球刚要进入电场过程,A、B球整体做匀加速运动,时间为t2,则有l=v1t2+at22
解方程得:t2=0.2 s
从开始运动到A刚要进入匀强电场过程中的时间
t=t1+t2=0.3 s.
(3)设小球B向下运动离MN最大距离为s,A、B球整体从开始运动到达最低点过程中,由动能定理得:
2mg(h+s)+q2Es-q1E(s-l)=0
解得:s=1.3m.
答:(1)小球B刚进入匀强电场后的加速度大小为15m/s2.
(2)从开始运动到A刚要进入匀强电场过程的时间0.3s.
(3)小球B向下运动离M、N的最大距离1.3m.
如图在矩形abcd区域内存在着匀强磁场,A、B带电粒子都是从M点由静止经同一电场加速后从顶角d处沿dc方向射入磁场,A、B又分别从p、q两处射出,已知dp连线和dq连线与ad边分别成30°和60°角,不计重力.A、B两粒子在磁场中运动的速度大小之比vA:vB为( )
正确答案
解析
解:由几何关系得,p、q两点射出磁场的粒子做圆周运动的半径分别为RA=,RB=2ad
即:RA:RB=1:3
由动能定理:qU=
洛伦兹力提供向心力:qvB=
故:
则:=
故C正确,ABD错误
故选:C
如图所示,A、B两板间加速电压为U1,C、D两板间偏转电压为U2.一个静止的粒子
(He)自A板起相继被加速、偏转,飞离偏转电场时的最大侧移为C、D板间距离一半,则它的出射速度的大小为( )
正确答案
解析
解:He的电荷量为q=2e,粒子飞离偏转电场时的最大侧移为C、D板间距离一半,
则粒子进入与离开偏转电场两点间的电势差为:U偏转=Ey=E•d=
Ed=
U2,
粒子从进入加速电场到离开偏转电场的过程中,
由动能定理得:2eU1+2e•U2=
mv2-0,
解得:v=;
故选:B.
(2015秋•天津期中)质量为m=1.0kg、带电量q=2.5×10-4C的小滑块(可视为质点)放在质量为M=2.0kg的绝缘长木板的左端,木板放在光滑水平面上,滑块与木板之间的动摩擦因数为μ=0.2,木板长L=1.5m.开始时两者都处于静止状态,所在空间加有一个方向竖直向下电场强度为E=4.0×104N/C的匀强电场,如图所示.取g=10m/s2,试求:
(1)用水平力F拉小滑块,要使小滑块与木板以相同的速度一起运动,力F的最大值为多少?
(2)用水平恒力F拉小滑块向木板的右端运动,在1.0s末使滑块从木板右端滑出,力F应为多大?
正确答案
解:(1)当拉力F作用于滑块m上,木板能够产生的最大加速度为:
为使滑块与木板共同运动,滑块最大加速度am≤aM
对于滑块有:F-μ(mg+qE)=mam
F=μ(mg+qE)+mam=6.0N
即为使滑块与木板之间无相对滑动,力F的最大值为6.0N.
(2)设滑块相对于水平面的加速度为a1,木板的加速度为a2,由运动学关系可知:
,
,
s1-s2=L
滑动过程中木板的加速度为:a2=2.0m/s2,
则可得滑块运动的加速度为:a1=5.0m/s2
对滑块:F=μ(mg+qE)+ma1=9.0N
答:(1)用水平力F拉小滑块,要使小滑块与木板以相同的速度一起运动,力F的最大值为6.0N.
(2)用水平恒力F拉小滑块向木板的右端运动,在1.0s末使滑块从木板右端滑出,力F应为为9.0N;
解析
解:(1)当拉力F作用于滑块m上,木板能够产生的最大加速度为:
为使滑块与木板共同运动,滑块最大加速度am≤aM
对于滑块有:F-μ(mg+qE)=mam
F=μ(mg+qE)+mam=6.0N
即为使滑块与木板之间无相对滑动,力F的最大值为6.0N.
(2)设滑块相对于水平面的加速度为a1,木板的加速度为a2,由运动学关系可知:
,
,
s1-s2=L
滑动过程中木板的加速度为:a2=2.0m/s2,
则可得滑块运动的加速度为:a1=5.0m/s2
对滑块:F=μ(mg+qE)+ma1=9.0N
答:(1)用水平力F拉小滑块,要使小滑块与木板以相同的速度一起运动,力F的最大值为6.0N.
(2)用水平恒力F拉小滑块向木板的右端运动,在1.0s末使滑块从木板右端滑出,力F应为为9.0N;
让质子和氘的混合物沿着与电场垂直的方向进入匀强电场,要使它们最后的偏转角相同,这些粒子进入电场时必须具有相同的( )
正确答案
解析
解:设带电粒子的质量为m,电量为q,匀强电场的场强大小为E,电场的宽度为L,初速度为v0,最后的偏转角为θ.
带电粒子在垂直电场方向做匀速直线运动,L=v0t,所以有:t=
沿电场方向做匀加速直线运动,加速度为:a=
粒子离开电场时垂直于电场方向的分速度为:vy=at
则有:tanθ=
联立解得:tanθ=,
质子和氘核的电量相等,质量不相等,比荷不等,要使θ相同时,则mv02相等,初动能Ek0=
mv02相等,初速度v0不等.故B正确,ACD错误.
故选:B.
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