- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示为示波器工作原理的示意图,已知两平行板间的距离为d、板长为L,初速变为0的电子经电压为U1的电场加速后从两平行板间的中央处垂直进入偏转电场,设电子质量为m、电荷量为e.
(1)求经电场加速后电子速度v的大小;
(2)要使电子离开偏转电场时的偏转角度最大,两平行板间的电压U2应是多少?
正确答案
解:(1)电子在电场加速过程,由动能定理得
eU1=mv2;
则得:v=
(2)电子离开偏转电场偏转角度最大时的偏转量为:
y=
电子进入偏转电场后,
所受的电场力:F=eE2=e
电子沿偏转电场方向作初速度为零的匀加速直线运动,则有:
y=at2
又垂直于电场方向作匀速直线运动,则有:
t=
联立求解,得:
U2=
答:(1)经电场加速后电子速度v的大小为;
(2)要使电子离开偏转电场时的偏转角度最大,两平行板间的电压U2应是.
解析
解:(1)电子在电场加速过程,由动能定理得
eU1=mv2;
则得:v=
(2)电子离开偏转电场偏转角度最大时的偏转量为:
y=
电子进入偏转电场后,
所受的电场力:F=eE2=e
电子沿偏转电场方向作初速度为零的匀加速直线运动,则有:
y=at2
又垂直于电场方向作匀速直线运动,则有:
t=
联立求解,得:
U2=
答:(1)经电场加速后电子速度v的大小为;
(2)要使电子离开偏转电场时的偏转角度最大,两平行板间的电压U2应是.
带电量为q,质量为m的原子核由静止开始经电压为U1的电场加速后进入一个平行板电容器,进入时速度和电容器中的场强方向垂直.已知:电容器的极板长为L,极板间距为d,两极板的电压为U2,重力不计,求:
(1)经过加速电场后的速度v0;
(2)离开电容器电场时的偏转量y;
(3)刚离开电场时刻的动能Ek和速度方向与水平方向夹角θ的正切值.
正确答案
解:(1)由动能定理可得:
解得:
(2)粒子在偏转电场中运动的时间为:t=
偏转量为:
(3)离开时竖直方向的速度为:
故离开时的动能为:
tan
答:(1)经过加速电场后的速度v0为
(2)离开电容器电场时的偏转量y为;
(3)刚离开电场时刻的动能Ek为,速度方向与水平方向夹角θ的正切值为
解析
解:(1)由动能定理可得:
解得:
(2)粒子在偏转电场中运动的时间为:t=
偏转量为:
(3)离开时竖直方向的速度为:
故离开时的动能为:
tan
答:(1)经过加速电场后的速度v0为
(2)离开电容器电场时的偏转量y为;
(3)刚离开电场时刻的动能Ek为,速度方向与水平方向夹角θ的正切值为
长为l的平行金属板,板间形成匀强电场,一个带电为+q、质量为m的带电粒子,以初速v0紧贴上板垂直于电场线方向射入该电场,刚好从下板边缘射出,末速度恰与下板成30°,如图所示.求:
(1)粒子末速度的大小;
(2)匀强电场的场强;
(3)两板间的距离d.
正确答案
解:(1)粒子在电场中做的是类平抛运动,
由图可得,粒子的末速度为
V==
.
(2)∵V⊥=V0tan30°=
粒子在板间运动的时间为 t=
垂直于板的速度的大小为 V⊥=at=,
解得:E=.
(3)粒子子在竖直方向上做的是匀加速运动,
由匀变速运动的规律可得,
d=•t=
L.
答:(1)粒子末速度的大小是;
(2)匀强电场的场强大小为;
(3)两板间的距离d为L.
解析
解:(1)粒子在电场中做的是类平抛运动,
由图可得,粒子的末速度为
V==
.
(2)∵V⊥=V0tan30°=
粒子在板间运动的时间为 t=
垂直于板的速度的大小为 V⊥=at=,
解得:E=.
(3)粒子子在竖直方向上做的是匀加速运动,
由匀变速运动的规律可得,
d=•t=
L.
答:(1)粒子末速度的大小是;
(2)匀强电场的场强大小为;
(3)两板间的距离d为L.
如图所示,在直角坐标xOy平面y轴左侧(含y轴)有一沿y轴负向的匀强电场,一质量为m,电量为q的带正电粒子从x轴上P处以速度ν0沿x轴正向进入电场,从y轴上Q点离开电场时速度变为2ν0,Q点坐标为(0,-d),在y轴右侧有一与坐标平面垂直的矩形匀强磁场区域(图中未画出,粒子过Q点继续运动一段距离后才进入磁场区域),磁场磁感应强度大小B=
,粒子能从坐标为(0,d)的M点沿x轴负向再进入电场.不计粒子重力.
(1)求粒子进入磁场时速度方向与y轴负向的夹角θ和电场强度E的大小;
(2)绘出粒子P-M运动的轨迹图,求粒子进入磁场至M点的运动时间;
(3)求矩形匀强磁场区域的最小面积.
正确答案
(1)设粒子从Q点离开电场时速度大小为v,
由粒子在匀强电场中做类平抛运动,故其水平速度不变,由几何关系得:,解得:θ=30°
由动能定理得:
解得:
(2)设粒子从C点进入、D点离开矩形匀强磁场区域.
粒子在磁场中做匀速圆周运动半径为r,圆心为O1,如图所示.
由洛伦兹力提供向心力,得:解得
设粒子在磁场中做匀速圆周运动时间为t1,D到M时间为t2
由图中的几何关系可得圆周运动的圆心就为:
圆周运动的周期为:
故圆周运动时间为:
DM段为匀速运动故时间为:
粒子从进入磁场到M的总时间:
(3)若矩形磁场区域的面积最小,则如图虚线区域:
可得长边:L1=2r=4d
短边:L2=r+rsinθ=3d
磁场区域的最小面积:
答:
(1)粒子进入磁场时速度方向与y轴负向的夹角θ=30°,电场强度E的大小;
(2)绘出粒子P-M运动的轨迹图,求粒子进入磁场至M点的运动时间;
(3)求矩形匀强磁场区域的最小面积S=12d2.
解析
(1)设粒子从Q点离开电场时速度大小为v,
由粒子在匀强电场中做类平抛运动,故其水平速度不变,由几何关系得:,解得:θ=30°
由动能定理得:
解得:
(2)设粒子从C点进入、D点离开矩形匀强磁场区域.
粒子在磁场中做匀速圆周运动半径为r,圆心为O1,如图所示.
由洛伦兹力提供向心力,得:解得
设粒子在磁场中做匀速圆周运动时间为t1,D到M时间为t2
由图中的几何关系可得圆周运动的圆心就为:
圆周运动的周期为:
故圆周运动时间为:
DM段为匀速运动故时间为:
粒子从进入磁场到M的总时间:
(3)若矩形磁场区域的面积最小,则如图虚线区域:
可得长边:L1=2r=4d
短边:L2=r+rsinθ=3d
磁场区域的最小面积:
答:
(1)粒子进入磁场时速度方向与y轴负向的夹角θ=30°,电场强度E的大小;
(2)绘出粒子P-M运动的轨迹图,求粒子进入磁场至M点的运动时间;
(3)求矩形匀强磁场区域的最小面积S=12d2.
如图所示一带电粒子以竖直向上的初速度v自A点进入场强为E,方向水平向右的匀强电场.当粒子到达B点时,速度大小仍为v,但方向变为水平,(重力加速度为g)求:
(1)A、B两点的电势差为多少?
(2)从A点运动到B点所经历的时间为多少?
正确答案
解:带电粒子的运动在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,在竖直方向做竖直上抛运动.
设A到B运动时间为t,带电粒子质量m,为带电量为q
水平方向:v=at=t
竖直方向:v=gt
则得 Eq=mg,
从A点运动到B点所经历的时间为 t=
水平位移为 x=t=
则A、B两点的电势差为 UAB=Ex=;
答:
(1)A、B两点的电势差为.
(2)从A点运动到B点所经历的时间为.
解析
解:带电粒子的运动在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,在竖直方向做竖直上抛运动.
设A到B运动时间为t,带电粒子质量m,为带电量为q
水平方向:v=at=t
竖直方向:v=gt
则得 Eq=mg,
从A点运动到B点所经历的时间为 t=
水平位移为 x=t=
则A、B两点的电势差为 UAB=Ex=;
答:
(1)A、B两点的电势差为.
(2)从A点运动到B点所经历的时间为.
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