- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
一个带正电的粒子静止在竖直向上的匀强电场中.粒子的电量q=0.2C,质量m=0.2kg,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)粒子受的电场力F的大小和方向;
(2)匀强电场的电场强度B有多大.
正确答案
解:(1)粒子静止处于平衡状态,由平衡条件得电场力为:
F=mg=0.2×10=2N,
电场力方向与重力方向相反,竖直向上;
(2)电场强度为:E==
=10N/C;
答:(1)粒子受的电场力F的大小为2N,方向:竖直向上;
(2)匀强电场的电场强度E为10N/C.
解析
解:(1)粒子静止处于平衡状态,由平衡条件得电场力为:
F=mg=0.2×10=2N,
电场力方向与重力方向相反,竖直向上;
(2)电场强度为:E==
=10N/C;
答:(1)粒子受的电场力F的大小为2N,方向:竖直向上;
(2)匀强电场的电场强度E为10N/C.
如图,P和Q为两平行金属板,板间电压为U,在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动.关于电子到达Q板时的速率,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:粒子运动过程只有电场力做功,
根据动能定理:eU=mv2,
A、两板间距离越大,场强E=越小,加速时间越长,因为加速电压不变,所以最后的末速度大小不变,故A错误.
B、两板间距离越小,场强E=越大,加速度越大,因为加速电压不变,所以最后的末速度大小不变,故B错误.
C、根据动能定理:eU=mv2,虽然极板间距发生变化,但是电压不变,所以最后的末速度大小不变,故C正确.
故选:C
相距很近的平行板电容器,在两板中心各开有一个小孔,如图甲所示,靠近A板的小孔处有一电子枪,能够持续均匀地发射出电子,电子的初速度为v0,质量为m,电量为-e,在AB两板之间加上图乙所示的交变电压,其中0<k<1,U0=;紧靠B 板的偏转电场电压也等于U0,板长为L,两板间距为d,距偏转极板右端L/2处垂直放置很大的荧光屏PQ.不计电子的重力和它们之间的相互作用,电子在电容器中的运动时间可以忽略不计.
(1)在0-T 时间内,荧光屏上有两个位置会发光,试求这两个发光点之间的距离.(结果用L、d 表示,第2小题亦然)
(2)只调整偏转电场极板的间距(仍以虚线为对称轴),要使荧光屏上只出现一个光点,极板间距应满足什么要求?
(3)撤去偏转电场及荧光屏,当k取恰当的数值,使在0-T 时间内通过电容器B 板的所有电子,能在某一时刻形成均匀分布的一段电子束,求k值.
正确答案
解:(1)电子经过电容器内的电场后,速度要发生变化.
在0-kT时间内,设穿出B板后速度变为1,由动能定理得:
-e0=12-
02,
将0=代入后解得:1=
.
在偏转电场中,电子运动时间t1=,侧移量1=
12=
,
解得:y1=.
根据偏转电场中的推论“似是中点来”其打在荧光屏上的坐标1′=2y1=
在kT-时间内,穿出B板后速度变为v2,同理可得,
2==
1,y2=
.y2′=2y2=
.
荧光屏上两个发光点之间的距离△y=y1′-y2′=.
(2)考虑到临界条件,当极板间距为d′时,电子刚从偏转极板边缘飞出,则有
d′=
a′t2,
又 a′==
,t=
整理得,d′2=.
对于速度v1时,d1′==
L;
对于速度v2时,d2′==
L;
只调整偏转电场极板的间距(仍以虚线为对称轴),要使荧光屏上只出现一个光点,极板间距应满足:L<d′<
L;
(3)要求在某一时刻形成均匀分布的一段电子束,前后两段电子束的长度必须相等(且刚好重叠),第一束长度:l1=v1•kT;第二束长度:l2=v2•(T-kT);
当1=2时,即1•1•(1-),
解得k=≈0.59.
答:
(1)在0-T 时间内,荧光屏上有两个位置会发光,这两个发光点之间的距离是.
(2)只调整偏转电场极板的间距(仍以虚线为对称轴),要使荧光屏上只出现一个光点,极板间距应满足的要求是:L<d′<L.
(3)撤去偏转电场及荧光屏,当k取恰当的数值,使在0-T 时间内通过电容器B 板的所有电子,能在某一时刻形成均匀分布的一段电子束,k值是0.59.
解析
解:(1)电子经过电容器内的电场后,速度要发生变化.
在0-kT时间内,设穿出B板后速度变为1,由动能定理得:
-e0=12-
02,
将0=代入后解得:1=
.
在偏转电场中,电子运动时间t1=,侧移量1=
12=
,
解得:y1=.
根据偏转电场中的推论“似是中点来”其打在荧光屏上的坐标1′=2y1=
在kT-时间内,穿出B板后速度变为v2,同理可得,
2==
1,y2=
.y2′=2y2=
.
荧光屏上两个发光点之间的距离△y=y1′-y2′=.
(2)考虑到临界条件,当极板间距为d′时,电子刚从偏转极板边缘飞出,则有
d′=
a′t2,
又 a′==
,t=
整理得,d′2=.
对于速度v1时,d1′==
L;
对于速度v2时,d2′==
L;
只调整偏转电场极板的间距(仍以虚线为对称轴),要使荧光屏上只出现一个光点,极板间距应满足:L<d′<
L;
(3)要求在某一时刻形成均匀分布的一段电子束,前后两段电子束的长度必须相等(且刚好重叠),第一束长度:l1=v1•kT;第二束长度:l2=v2•(T-kT);
当1=2时,即1•1•(1-),
解得k=≈0.59.
答:
(1)在0-T 时间内,荧光屏上有两个位置会发光,这两个发光点之间的距离是.
(2)只调整偏转电场极板的间距(仍以虚线为对称轴),要使荧光屏上只出现一个光点,极板间距应满足的要求是:L<d′<L.
(3)撤去偏转电场及荧光屏,当k取恰当的数值,使在0-T 时间内通过电容器B 板的所有电子,能在某一时刻形成均匀分布的一段电子束,k值是0.59.
平行金属板板长为L,相距为d,两板间电势差为U.带电量为q,质量为m的粒子以速度v垂直板间电场方向进入板间电场区,并飞离出电场区域,则其侧移y的大小为(不计重力)( )
正确答案
解析
解:带电粒子做类似平抛运动,故:
L=v0t
y=
其中:a=
解得:y=
故y与L的平方成正比,与与板间距离成反比,与两板间电势差U成正比,与粒子初速度的平方成反比;故AD错误,BC正确;
故选:BC.
如图所示,一电子(质量为m,电量为e )以初速度v0沿与场强垂直的方向从A点飞入匀强电场,当它从B点飞出时,速度方向与场强方向成150°角.则此过程中电场力作功为______J;A、B两点的电势差U为______V.
正确答案
-
解析
解:从A到B过程,由动能定理得:
eU=mv2-
m
又因为:cos60°=
故电场力做功为
因电子带负电,所以:U=-
故答案为:;-
.
扫码查看完整答案与解析