- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
三个分别带有正电、负电和不带电的质量相同的颗粒,从水平放置的平行带电金属板左侧以相同速度V0垂直电场线方向射入匀强电场,分别落在带正电荷的下板上的a、b、c三点,如图所示,下面判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、C根据题意,三小球在水平方向做匀速直线运动,则有x=v0t,v0相同,则水平位移x与运动时间t成正比,由图看出,水平位移的关系为xa<xb<xc,则运动时间关系为ta<tb<tc.竖直方向上三个粒子都做初速度为0的匀加速直线运动,到达下极板时,在竖直方向产生的位移y相等:y=at2,则知加速度关系为 aa>ab>ac.由牛顿第二定律得知三个小球 的合力关系为 Fa>Fb>Fc.由于平行板间有竖直向上的电场,正电荷在电场中受到向上的电场力,向下的合力最小,向下的加速度最小,负电荷受到向下的电场力,向下的合力最大,向下的加速度最大,不带电的小球做平抛运动,加速度为重力加速度g,可知,落在a点的颗粒带负电,c点的带正电,b点的不带电.故AC错误,B正确.
D、由上分析得知,落在c点的颗粒带正电,电场力向上,则电场力对它做负功.故D正确.
故选BD
如图所示,竖直放置的半圆形绝缘轨道半径为R,下端与光滑绝缘水平面平滑连接,整个装置处于方向竖直向上的匀强电场E中.一质量为m、带电量为+q的物块(可视为质点),从水平面上的A点以初速度v0水平向左运动,沿半圆形轨道恰好通过最高点C,场强大小为E(E小于
).
(1)试计算物块在运动过程中克服摩擦力做的功.
(2)证明物块离开轨道落回水平面时的水平距离与场强大小E无关,且为一常量.
正确答案
解:(1)物块恰能通过圆弧最高点C,圆弧轨道此时与物块间无弹力作用,物块受到的重力和电场力提供向心力,则有:…①
解得:…②
物块在由A运动到C的过程中,设物块克服摩擦力做的功Wf,根据动能定理有:Eq•2R-Wf-mg•2R= ③
解得:④
(2)物块离开半圆形轨道后做类平抛运动,设水平位移为s,则有:
s=vct…⑤
2R=…⑥
由⑤⑥联立解得:
s=2R…⑦
因此,物块离开轨道落回水平面的水平距离与场强大小E无关,大小为2R.
答:(1)物块在运动过程中克服摩擦力做的功是
(3)证明见上.
解析
解:(1)物块恰能通过圆弧最高点C,圆弧轨道此时与物块间无弹力作用,物块受到的重力和电场力提供向心力,则有:…①
解得:…②
物块在由A运动到C的过程中,设物块克服摩擦力做的功Wf,根据动能定理有:Eq•2R-Wf-mg•2R= ③
解得:④
(2)物块离开半圆形轨道后做类平抛运动,设水平位移为s,则有:
s=vct…⑤
2R=…⑥
由⑤⑥联立解得:
s=2R…⑦
因此,物块离开轨道落回水平面的水平距离与场强大小E无关,大小为2R.
答:(1)物块在运动过程中克服摩擦力做的功是
(3)证明见上.
如图所示,初速度为零的电子经电压U1加速后,垂直进入偏转电场,离开电场时偏移量是Y,偏转板间的距离为d,偏转电压为U2,板长为L,为了提高偏转灵敏度(每单位偏转电压引起的偏移量),可采取的措施有( )
正确答案
解析
解:电子在加速电场中加速,由动能定理得:eU1=mv2-0,
电子在偏转电场中做类平抛运动,
水平方向:L=vt,
竖直方向:y=at2=
t2,
解得:=
,
由此可知,增大L、减小d、减小U1都可以提高示波器的灵敏度,故C正确.
故选:C.
真空中的某装置如图所示,现有质子、氘核和α粒子都从O点由静止释放,经过相同加速电场和偏转电场,射出后都打在同一个与OO′垂直的荧光屏上,使荧光屏上出现亮点.已知质子、氘核和α粒子质量之比为1:2:4,电荷量之比为1:1:2,重力都不计.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、B、在加速电场中,由动能定理得:qU1=-0,在偏转电场中,偏转位移y=
=
•
,联立得y=
,可见y与粒子的电量和质量无关,则粒子的偏转位移相等,荧光屏将只出现一个亮点.故A正确,B错误.
C、根据动能定理得,qU1=-0,则进入偏转电场的速度v0=
,因为质子、氘核和α粒子的比荷之比为2:1:1,则初速度之比
:1:1,在在偏转电场中运动时间t=
,则知时间之比为1:
:
.故C错误.
D、偏转电场的电场力对粒子做功W=qEy,因为E和y相同,电量之比为1:1:2,则电场力做功为1:1:2.故D正确.
故选:AD.
下列粒子从初速度为零经过加速电压为U的电场后,速度最大( )
正确答案
解析
解:设加速电场的电压为U,粒子的质量和电量分别为m和q,根据动能定理得
qU=mv2
得 v=
可见,速度与粒子的比荷平方根成正比.
由于质子的比荷最大,所以质子的速度最大.
故选A
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