- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,平行直线表示电场线,但未标方向,带电量为+10-2C的微粒在电场中只受电场力作用,由A点移到B点,动能损失0.1J,若A点电势为-10V,则( )
正确答案
解析
解:由动能定理可知WE=△EK=-0.1J;
可知粒子受到的电场力做负功,故粒子电势能增加,B点的电势高于A点电势;而电场线由高电势指向低电势,故电场线向左,故B错误;
AB两点的电势差UAB==-10V,则UA-UB=-10V
解得UB=0V;故A正确;
若粒子沿轨迹1运动,A点速度沿切线方向向左上,由于微粒带正电,电场线方向向左,所以微粒受力向左,轨迹1弯曲方向符合受力向左,故C正确;
若粒子沿轨迹2运动,A点速度沿切线方向向左上,而受力向左,故粒子将向左上偏转,故D错误;
故选:AC.
如图所示,有一个电子电量为e质量m,初速度为零,经电压U1加速后,进入两板间距为d,电压为U2的平行板间,若电子从两板正中间垂直电场方向射入,恰好能从极板的右端边缘离开电场.求:
(1)离开加速电场时的速度大小;
(2)金属板的长度;
(3)电子穿出偏转电场时的动能.
正确答案
解:(1)电子在加速电场中运动过程,由动能定理有:
eU1=
解得 v=,则电子离开加速电场时的速度大小为v=
.
(2)电子在右边的偏转电场中做类平抛运动,可分解为沿板方向的匀速直线运动和垂直板方向的匀加速直线运动
所以沿板方向:x=L=v0t ①
垂直板方向:=
②
而加速度:a= ③
由以上各式解得:金属板的长度为 L=d
(3)质子先在加速电场中电场力对其做正功,而后又在偏转电场中,尽管做曲线运动,但电场力对它仍然做正功,且电场力做功与路径无关.所以整个过程由动能定律得:
eU1+=Ek
所以电子穿出偏转电场时的动能为:Ek=eU1+
答:(1)离开加速电场时的速度大小为.(2)金属板的长度为d
.(3)电子穿出偏转电场时的动能为eU1+
eU2.
解析
解:(1)电子在加速电场中运动过程,由动能定理有:
eU1=
解得 v=,则电子离开加速电场时的速度大小为v=
.
(2)电子在右边的偏转电场中做类平抛运动,可分解为沿板方向的匀速直线运动和垂直板方向的匀加速直线运动
所以沿板方向:x=L=v0t ①
垂直板方向:=
②
而加速度:a= ③
由以上各式解得:金属板的长度为 L=d
(3)质子先在加速电场中电场力对其做正功,而后又在偏转电场中,尽管做曲线运动,但电场力对它仍然做正功,且电场力做功与路径无关.所以整个过程由动能定律得:
eU1+=Ek
所以电子穿出偏转电场时的动能为:Ek=eU1+
答:(1)离开加速电场时的速度大小为.(2)金属板的长度为d
.(3)电子穿出偏转电场时的动能为eU1+
eU2.
一平行板电容器两极板水平放置,A板在上,两板长度为L,间距为d.两板通过电键S与电源两极相连.开始电键S闭合,一带电粒子P质量为m,电量为q,沿两板中线以水平速度v0射入两板,恰好射出.现断开s,然后将上板下移一小段距离,粒子仍从原来的位置以相同的速度射入,以下关于粒子在两板间运动的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:粒子在板间做类平抛运动,开始,粒子恰好从板间射出,则粒子在竖直方向上的位移y=d;
断开电键S,极板所带电量不变,将上板下移一小段距离,极板间的电场强度不变,粒子在竖直方向上的加速度不变;
如果电场力小于重力,粒子从下极板边缘射出,由于粒子入射位置不变,粒子加速度不变,粒子在竖直方向的位移不变,粒子仍可以从下极板边缘射出,电场力做功不变,粒子动能不变,粒子电势能的变化相等;
如果电场力大于重力,粒子从上极板边缘射出,由于上极板向下移动,粒子在竖直方向上的位移减小,粒子在竖直方向上的运动时间减小,粒子不能穿出极板,粒子将打在极板上,在此过程中,电场力做功减少,粒子动能减少,粒子电势能减小量减小,粒子电势能增加;
综上分析可知,粒子可能从两极板间射出,故ABC误,D正确;
故选:D.
在光滑绝缘的水平面上,用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B.A球的带电量为+2q,B球的带电量为-3q,组成一带电系统,如图所示,虚线MP为AB两球连线的垂直平分线,虚线NQ与MP平行且相距4L.最初A和B分别静止于虚线MP的两侧,距MP的距离均为L,且A球距虚线NQ的距离为3L.若视小球为质点,不计轻杆的质量,在虚线MP,NQ间加上水平向右的匀强电场E后,求:
(1)B球刚进入电场时,带电系统的速度大小.
(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零所需时间以及B球电势能的变化量.
正确答案
解:(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,由牛顿第二定律:=
球B刚进入电场时,带电系统的速度为v1,有:v12=2a1L
求得:
(2)对带电系统进行分析,假设球A能达到右极板,电场力对系统做功为W1,有:W1=2qE×3L+(-3qE×2L)=0
故带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q.
设球B从静止到刚进入电场的时间为t1,则:
解得:
球B进入电场后,带电系统的加速度为a2,由牛顿第二定律:
显然,带电系统做匀减速运动.减速所需时间为t2,
则有:
求得:
可知,带电系统从静止到速度第一次为零所需的时间为:
带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q,故进入电场后B球向右运动的位移x=4L-2L=2L,
故电场力对B球所做的功为W=-3qE×2L=-6EqL
故B球电势能增加了6EqL.
解析
解:(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,由牛顿第二定律:=
球B刚进入电场时,带电系统的速度为v1,有:v12=2a1L
求得:
(2)对带电系统进行分析,假设球A能达到右极板,电场力对系统做功为W1,有:W1=2qE×3L+(-3qE×2L)=0
故带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q.
设球B从静止到刚进入电场的时间为t1,则:
解得:
球B进入电场后,带电系统的加速度为a2,由牛顿第二定律:
显然,带电系统做匀减速运动.减速所需时间为t2,
则有:
求得:
可知,带电系统从静止到速度第一次为零所需的时间为:
带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q,故进入电场后B球向右运动的位移x=4L-2L=2L,
故电场力对B球所做的功为W=-3qE×2L=-6EqL
故B球电势能增加了6EqL.
带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行板间的偏转电场,当发现带电粒子离开偏转电场时偏向角变小,则可能是( )
正确答案
解析
解:设带电粒子进入偏转电场时的速度为v0,加速电压为U1,偏转电压为U2.
带电粒子在加速过程中,由动能定理有:qU1=…①
进入偏转电场后,设粒子在偏转电场运动时间为t,加速度为a,偏转角为θ,由类平抛规律:
L=v0t…②
vy=at=t…③
则tanθ=…④
联立①②③④可得:tanθ=
可见,偏转角与带电粒子的电量和质量无关;
要使偏转角减小,可增大加速电压U1或减小偏转电压U2.故ABD错误,C正确.
故选:C.
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