- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,绝缘光滑的半圆轨道位于竖直平面,竖直向下的匀强电场E穿过其中,在轨道的上缘有一个质量为m,带电量为+q的小球,由静止开始由半圆形轨道的顶点沿轨道运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体机械能守恒的条件是只有重力或者弹簧的弹力做功,小球在运动的过程中,电场力对小球做功,所以机械能不守恒,故A错误.
B、小球向下运动到轨道最低点的过程中,重力和电场力对小球都做正功,根据动能定理得知,小球在轨道最低点时速度最大,所以B正确.
C、D在下滑的过程中,对小球运用动能定理可得,(mg+qE)R=mV2,在最低点时,由向心力的公式可得,N-mg-qE=m
,联立以上两个方程可得N=3(mg+qE),由牛顿第三定律可知,小球在最低点对轨道的压力为3(mg+qE),故CD错误.
故选B
如图所示,空间某区域内有竖直向下的匀强电场,其竖直截面是长为L、宽为
的长方形ABCD,与区域边界BC相距L处竖直旋转一个足够大的荧光屏,荧光屏与AB延长线交于O点,已知电场强度为E.现有一束质量均为m,电荷量均为+q的粒子流从A点沿AB方向以一定初速度进入电场,恰好从C点飞出,不计粒子重力.
(1)求粒子进入电场时的初速度大小;
(2)若将电场分为左右相同的两个区域,并将右半部分电场移走,左半部分电场强度不变,求粒子打在荧光屏上的点与O点的距离.
正确答案
解:(1)设粒子进入电场时初速度大小为v0,则
水平方向:L=v0t
竖直方向:=
at2 a=
解得:v0=
(2)设粒子通过区域AHFD的时间为t1,侧向位移为y1,竖直方向速度为vy,则有
t1=,y1=
at12,vy=at1
解得y1=,vy=
v0
设粒子离开HF边界后经过时间t2到达荧光屏,有
水平方向:t2=
竖直方向:y=y1+vy•t2
解得y=L
答:(1)粒子进入电场时的初速度大小为;
(2)若将电场分为左右相同的两个区域,并将右半部分电场移走,左半部分电场强度不变,粒子打在荧光屏上的点与O点的距离为L.
解析
解:(1)设粒子进入电场时初速度大小为v0,则
水平方向:L=v0t
竖直方向:=
at2 a=
解得:v0=
(2)设粒子通过区域AHFD的时间为t1,侧向位移为y1,竖直方向速度为vy,则有
t1=,y1=
at12,vy=at1
解得y1=,vy=
v0
设粒子离开HF边界后经过时间t2到达荧光屏,有
水平方向:t2=
竖直方向:y=y1+vy•t2
解得y=L
答:(1)粒子进入电场时的初速度大小为;
(2)若将电场分为左右相同的两个区域,并将右半部分电场移走,左半部分电场强度不变,粒子打在荧光屏上的点与O点的距离为L.
如图所示水平放置一对电压恒定的金属板A、B,一带正电的粒子以某一初速度沿A板边缘水射入两板间的匀强电场,刚好能贴B板边缘飞出,已知带电粒子的质量为m,电量为q,两金属板长度为L,两板间距离为d,两板间电压U恒定.(带电粒子重力不计,忽略两极板外的电场)求:
(1)带电粒子的初速度大小;
(2)如果将B板向下平移,该带电粒子的初速度不变,再次射出电场时的偏转距离.
正确答案
解:(1)粒子的加速度为:a= ①
粒子做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,则有:
L=v0t ②
竖直方向做匀加速直线运动,则有:d=at2=
③
联立解得:v0= ④
(2)B板向下平移,加速度变为a′=
=
⑤
粒子再次射出电场时的偏转距离 y=a′t2=
⑥
由③⑥得:y=
答:
(1)带电粒子的初速度大小是;
(2)如果将B板向下平移,该带电粒子的初速度不变,再次射出电场时的偏转距离是
.
解析
解:(1)粒子的加速度为:a= ①
粒子做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,则有:
L=v0t ②
竖直方向做匀加速直线运动,则有:d=at2=
③
联立解得:v0= ④
(2)B板向下平移,加速度变为a′=
=
⑤
粒子再次射出电场时的偏转距离 y=a′t2=
⑥
由③⑥得:y=
答:
(1)带电粒子的初速度大小是;
(2)如果将B板向下平移,该带电粒子的初速度不变,再次射出电场时的偏转距离是
.
如图所示,平行板电容器两极板水平放置,A在上方,B在下方,现将其和二极管串联接在电源上,已知A和电源正极相连,二极管具有单向导电性,一带电小球沿AB中心水平射入,打在B极板上的N点,小球的重力不能忽略,现通过上下移动A板来改变两极板AB间距(两极板仍平行),则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、若小球带正电,当d增大时,电容减小,但Q不可能减小,所以Q不变,根据E=,知E不变所以电场力不变,小球仍然打在N点,故A错误.
B、若小球带正电,当d减小时,电容增大,Q增大,根据E=,知d减小时E增大,所以电场力变大,方向向下,小球做平抛运动竖直方向加速度增大,运动时间变短,打在N点左侧,故B正确.
C、若小球带负电,当AB间距d减小时,由E=可知:E增大,所以电场力变大,方向向上,若电场力小于重力,小球做类平抛运动竖直方向上的加速度减小,运动时间变长,小球将打在N点的右侧,故C正确;
D、若小球带负电,当AB间距d增大时,电容减小,但Q不可能减小,所以Q不变,根据E=,知E不变,所以电场力大小不变,方向变为向上,若电场力小于重力,小球做类平抛运动竖直方向上的加速度不变,运动时间不变,小球仍然打在N点,故D错误.
故选:BC.
一束电子流在U1=500V的电压作用下得到一定速度后垂直于平行板间的匀强电场飞入两板间的中央,如图所示.若平行板间的距离d=1cm,板长l=5cm,问至少在平行板上加多大电压U2才能使电子不再飞出平行板?
正确答案
解:电子经U1加速时,电场力做正功,根据动能定理可得:
eU1=
电子飞入平行板电场后做类平抛运动,在水平方向电子做匀速直线运动.
当使电子恰好不飞出平行板时,电子轨迹与下边缘相切,最大运动时间为:
t=
在竖直方向电子做初速度为零的匀加速直线运动,其加速度为:
a=
根据运动学公式为:
=
at2
由以上各式解得:U2=2U1=400V
答:至少在平行板上加400V电压U2才能使电子不再飞出平行板.
解析
解:电子经U1加速时,电场力做正功,根据动能定理可得:
eU1=
电子飞入平行板电场后做类平抛运动,在水平方向电子做匀速直线运动.
当使电子恰好不飞出平行板时,电子轨迹与下边缘相切,最大运动时间为:
t=
在竖直方向电子做初速度为零的匀加速直线运动,其加速度为:
a=
根据运动学公式为:
=
at2
由以上各式解得:U2=2U1=400V
答:至少在平行板上加400V电压U2才能使电子不再飞出平行板.
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