- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,两平行金属板水平放置,板间距离d=8cm,极板长L=40cm,两板间加有U=182V的恒定电压,质量m=0.91×10-30kg,电量q=1.6×10-19C的电子以速度v0=4×107m/s垂直于场强方向射入电场后从板间飞出,求:
(1)电子在电场中运动的时间;
(2)电子在电场中运动时的加速度大小;
(3)电子从电场中飞出时沿垂直于极板方向偏移的距离y.
正确答案
解:(1)电子的水平分运动是匀速直线运动,故:t==
=10-8s
(2)根据牛顿第二定律,有:a==4×1014m/s2
(3)电子在竖直方向做匀加速直线运动,偏移量为:y==
=0.02m
答:(1)电子在电场中运动的时间为10-8s;
(2)电子在电场中运动时的加速度大小为4×1014m/s2;
(3)电子从电场中飞出时沿垂直于极板方向偏移的距离y为0.02m.
解析
解:(1)电子的水平分运动是匀速直线运动,故:t==
=10-8s
(2)根据牛顿第二定律,有:a==4×1014m/s2
(3)电子在竖直方向做匀加速直线运动,偏移量为:y==
=0.02m
答:(1)电子在电场中运动的时间为10-8s;
(2)电子在电场中运动时的加速度大小为4×1014m/s2;
(3)电子从电场中飞出时沿垂直于极板方向偏移的距离y为0.02m.
如图所示,绝缘轨道平面与水平面垂直,倾斜轨道部分摩擦因数μ=0.2,倾斜轨道与水平面夹角θ=37°,倾斜轨道足够长与半径R=0.5m的半圆形光滑轨道圆滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度E=10V/m,一带负电的小物块质量为0.3kg所带电量为0.4C,让小物块在倾斜轨道上从与半圆轨道最高点C点等高的A点由静止释放.(重力加速度g=10m/s2,sin37°=,cos37°=
,此题结果可用分数表示)
求:(1)小物块在半圆轨道上运动过场中的最大动能?
(2)使小物块恰好通过半圆轨道最高点C处,将其在倾斜轨道上由静止释放时距水平面的高度H?
(3)在(2)中小物块通过C点时,电场立即消失,小物块打在倾斜轨道上的位置距地面的高度h?
正确答案
解:(1)令小物块动能最大的位置为D点,分析得:
当电场力与重力的合力反向延长线过半圆轨道圆心时,
小物块动能最大,设合力与竖直方向的夹角为α,则有,即α=53°
小物块在倾斜轨道上时,因为mgcosθ=Eqsinθ
所以小物块与倾斜轨道间无摩擦
对小物块从A→D由动能定理:
代入数据解得:
故小物块在半圆轨道上运动过场中的最大动能为.
(2)小物块恰好通过最高处C点,有①
从释放点到C点由动能定理②
①②式联立解得:
故使小物块恰好通过半圆轨道最高点C处,将其在倾斜轨道上由静止释放时距水平面的高度H=.
(3)小物块离开C点后做平抛运动,
整理有:16h2+9h-9=0
解得:,
(舍)
故小物块打在倾斜轨道上的位置距地面的高度h为m.
解析
解:(1)令小物块动能最大的位置为D点,分析得:
当电场力与重力的合力反向延长线过半圆轨道圆心时,
小物块动能最大,设合力与竖直方向的夹角为α,则有,即α=53°
小物块在倾斜轨道上时,因为mgcosθ=Eqsinθ
所以小物块与倾斜轨道间无摩擦
对小物块从A→D由动能定理:
代入数据解得:
故小物块在半圆轨道上运动过场中的最大动能为.
(2)小物块恰好通过最高处C点,有①
从释放点到C点由动能定理②
①②式联立解得:
故使小物块恰好通过半圆轨道最高点C处,将其在倾斜轨道上由静止释放时距水平面的高度H=.
(3)小物块离开C点后做平抛运动,
整理有:16h2+9h-9=0
解得:,
(舍)
故小物块打在倾斜轨道上的位置距地面的高度h为m.
如图所示,一倾角为θ,高为h的光滑斜面固定在地面上,处于水平向左的匀强电场中,电场强度为E,一质量为m,可视为质点的带电物块从斜面顶端无初速释放后,恰好能沿斜面匀速下滑,下列就去正确的是( )
正确答案
解析
解:A、滑块匀速下滑,受力如图所示,所受的电场力必定水平向右,因此带负电,故A正确;
B、由于滑块匀速下滑,由平衡条件得:mgsinθ=Eqcosθ,
得:q=,故B错误.
C、滑块所受的电场力大小为 F=Eq=mgtanθ,故C正确;
D、下滑过程中电场力做负功,滑块的电势能增大,而动能不变,根据能量守恒定律得:减少的重力势能转化为电势能,则滑块从斜面顶端滑到底端电势能增加mgh,故D正确.
故选:ACD.
(1)在地面上空中有方向未知的匀强电场,一带电量为-q的小球以某一速度由M点沿如图所示的轨迹运动到N点.由此可知______
A.小球所受的电场力一定大于重力
B.小球的动能、电势能和重力势能之和保持不变
C.小球的机械能保持不变
D.小球的动能一定减小
(2)一束初速不计的电子流在经U=5000V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若板间距离d=1.0cm,板长l=5.0cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?
正确答案
解:(1)由图可知,小球向上偏转,故小球所受合力应偏向上方;而粒子只受重力和电场力,故电场力应大于重力,故A正确;
由图可知,物体受到的合力做正确,故动能增加;故D错误;
而小球的高度增加,故重力势能增加;故机械能增加,故C错误;
小球增加的机械能是由电场力做功转化来的,而电场力做功消耗电势能,由能量守恒定律可知,小球的动能、电势能和重力势能之和保持不变,故B正确;
故选AB
(2)当电子从极板边缘飞出时,所加电压最大,即电子偏转位移为;
电子飞出电场的时有:Ue=mv02-----(1)
电子进入电场后偏转,水平方向:l=v0t;
竖直方向加速度a=------(2);
=
at2=
------(3)
联立解得:
U1==400V;
偏转电场的电压为400V.
解析
解:(1)由图可知,小球向上偏转,故小球所受合力应偏向上方;而粒子只受重力和电场力,故电场力应大于重力,故A正确;
由图可知,物体受到的合力做正确,故动能增加;故D错误;
而小球的高度增加,故重力势能增加;故机械能增加,故C错误;
小球增加的机械能是由电场力做功转化来的,而电场力做功消耗电势能,由能量守恒定律可知,小球的动能、电势能和重力势能之和保持不变,故B正确;
故选AB
(2)当电子从极板边缘飞出时,所加电压最大,即电子偏转位移为;
电子飞出电场的时有:Ue=mv02-----(1)
电子进入电场后偏转,水平方向:l=v0t;
竖直方向加速度a=------(2);
=
at2=
------(3)
联立解得:
U1==400V;
偏转电场的电压为400V.
如图所示,平行的实线代表电场线,方向未知,电荷量为1×10-2C的正电荷在电场中只受电场力作用,该电荷由A点移到B点,动能损失了0.1J,若A点电势为-10V,则( )
正确答案
解析
解:A、由动能定理可知W=△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,
AB两点的电势差:UAB==
=-10,则φA-φB=-10V,解得φB=0V;故A正确,B错误;
C、若粒子沿轨迹①运动,A点速度沿切线方向向右,受力向左,故粒子将向上偏转,故C正确;
D、若粒子沿轨迹②运动,A点速度沿切线方向向右上,而受力向左,故粒子将向左上偏转,故D错误;
故选:AC.
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