- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,有一无初速度的电子(质量为m,电荷量大小为e)经电压U0加速后,进入两块间距为d、板长为L,电压为U的平行金属板间.若电子能穿过电场且不与下极板接触,求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转角度θ的正切值(重力不计)
正确答案
解:电子在加速电场中加速过程,根据动能定理得
eU0= ①
电子进入偏转电场后做类平抛运动,加速度大小为 a==
②
电子在水平方向做匀直线运动,则有t= ③
在竖直方向做匀加速运动,则偏转量为 y= ④
联立上述四式得,y=
tanθ==
=
=
答:电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y为.偏转角度θ的正切值为
.
解析
解:电子在加速电场中加速过程,根据动能定理得
eU0= ①
电子进入偏转电场后做类平抛运动,加速度大小为 a==
②
电子在水平方向做匀直线运动,则有t= ③
在竖直方向做匀加速运动,则偏转量为 y= ④
联立上述四式得,y=
tanθ==
=
=
答:电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y为.偏转角度θ的正切值为
.
如图所示,A板发出的电子经加速后,水平射入水平放置的两平行金属板M、N间,M、N金属板间所加的电压为U,电子最终打在光屏P上,关于电子的运动,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:由题意知电子在加速电场中加速运动,电子获得的速度,电子进入偏转电场后做类平抛运动,也就是平行电场方向做初速度为0的匀加速直线运动,加速度a=
电子在电场方向偏转的位移
,垂直电场方向做速度
的匀速直线运动,粒子在电场中运动时间
,又∵偏转电场方向向下,∴电子在偏转电场里向上偏转.
A、滑动触头向右移动时,加速电压变大,所以电子获得的速度v增加,电子在电场中运动时间减少,故电子偏转位移
变小,因为电子向上偏转,故在屏上的位置下降,A错误;
B、滑动触头向左移动时,加速电压变小,所以电子获得的速度v减小,电子在电场中运动时间变大,故电子偏转位移
变大,因为电子向上偏转,故在屏上的位置上升,故B正确;
C、偏转电压增大时,电子在电场中受到的电场力增大,即电子偏转的加速度a增大,又因为电子获得的速度v不变,电子在电场中运动的时间不变,a增大电子打在屏上的速度,由于加速度a变大时间不变,故电子打在屏上的速度增大,所以C错误;
D、偏转电压增大时,电子在电场中受到电场力增大,即电子偏转的加速度度a增大,又因为加速电压不变,电子进入电场的速度没有变化,电子在电场中运动的时间没有发生变化,故D正确.
故选BD.
如图所示,A、B两块平行金属板水平放置,A、B间所加电压为U.虚线MN与两极板等距.一个质量为m、电荷量为q的粒子沿MN虚线从左向右以初速度v0射入电场,它从电场右边缘某处飞出电场时的速度方向与虚线MN的夹角为45°(图中未画出).则在带电粒子穿越电场过程中( )
正确答案
解析
解:带电粒子以初速度v0垂直电场方向进入平行金属板形成的匀强电场中,仅受电场力,做类平抛运动,粒子的偏移量y的大小未知,而AB两板的电压为u,则粒子偏转y时对应的电压比为u小,但不一定为,故电场力做功根据:W=uq,可知AB错误,又根据偏转角tan
,θ=45°可知,vy=v0,故粒子合速度为
,有动能定理,W合=△Ek得:
,故C正确,D错误;
故选:C
如图所示,电子显像管由电子枪、加速电场、偏转场及荧光屏组成.M、N为加速电板,加速电压为U0,S1、S2为板上正对的小孔.金属板P和Q水平放置,S1、S2的连线与两板平行且在正中央,两板的长度和两板间的距离均为l;距右边缘l处有一荧光屏,取屏上与S1、S2共线的O点为原点,向上为正方向建立x轴.电子枪发射质量为m,电荷量为-e的电子,初速度可以忽略,电子经加速电场后从小孔S2射入偏转场.不计电子重力和电子之间的相互作用.
(1)求电子到达小孔S2时的速度大小v;
(2)若板P、Q间只存在垂直于纸面向外的匀强磁场,电子刚好经过P板的右边缘后,打在荧光屏上.求磁感应强度大小B和电子打在荧光屏上的位置坐标x.
正确答案
解:(1)在加速电场中,根据动能定理得:
…①
解得:…②
(2)电子在磁场中做匀速圆周运动,设圆运动半径为 R,在磁场中运动轨迹如图,由几何关系得:
…③
根据牛顿第二定律:…④
由②③④得:…⑤
设圆弧所对圆心为α,满足:…⑥
由此可知:…⑦
电子离开磁场后做匀速运动,满足几何关系:…⑧
由⑦⑧得坐标为:…⑨
答:(1)电子到达小孔S2时的速度大小v为;
(2)磁感应强度大小B为,和电子打在荧光屏上的位置坐标x为
l.
解析
解:(1)在加速电场中,根据动能定理得:
…①
解得:…②
(2)电子在磁场中做匀速圆周运动,设圆运动半径为 R,在磁场中运动轨迹如图,由几何关系得:
…③
根据牛顿第二定律:…④
由②③④得:…⑤
设圆弧所对圆心为α,满足:…⑥
由此可知:…⑦
电子离开磁场后做匀速运动,满足几何关系:…⑧
由⑦⑧得坐标为:…⑨
答:(1)电子到达小孔S2时的速度大小v为;
(2)磁感应强度大小B为,和电子打在荧光屏上的位置坐标x为
l.
如图所示,从炽热的金属丝漂出的电子(速度可视为零),经加速电场加速后从两极板中间垂直射入偏转电场.电子的重力不计.在满足电子能射出偏转电场的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角变大的是( )
正确答案
解析
解:根据动能定理:
eU1=mv2
得:v=
在偏转电场中由平抛规律可得:
vy=at
加速度为:
a=
运动时间为:
t=
可得偏角的正切值为:
tanθ==
若使偏转角变大即使tanθ变大,由上式看出可以增大U2,或减小U1,或增大L,或减小d.故C正确,ABD错误.
故选:C.
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