- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
建立如图所示的直角坐标系xoy,在第二象限内有电场强度大小为E、方向与x轴正方向成45°的匀强电场,在第一象限内有电场强度大小也为E、方向与y轴负方向成45°的匀强电场;现有质量为m、电荷量为q的正粒子(重力不计)从A(-L,0)处静止释放.
(1)粒子经过y轴时的速度大小
(2)粒子由静止释放后经过x轴的坐标.
正确答案
解:(1)粒子从A到B有:
解得
(2)在垂直v0方向上加速度
如图所示,设CD长度为d,有:L+dcos45°=
沿v0方向上有:dsin45°=υ0t
解得
则
故粒子经过x轴的坐标D(,0)
答:
(1)粒子经过y轴时的速度大小是.
(2)粒子由静止释放后经过x轴的坐标是(,0).
解析
解:(1)粒子从A到B有:
解得
(2)在垂直v0方向上加速度
如图所示,设CD长度为d,有:L+dcos45°=
沿v0方向上有:dsin45°=υ0t
解得
则
故粒子经过x轴的坐标D(,0)
答:
(1)粒子经过y轴时的速度大小是.
(2)粒子由静止释放后经过x轴的坐标是(,0).
带电粒子以速度v0沿竖直方向垂直进入匀强电场E中,如图示,经过一段时间后,其速度变为水平方向,大小仍为v0,则一定有( )
正确答案
解析
解:
A、B、将粒子的运动分解成水平方向与竖直方向,粒子水平做匀加速直线运动,竖直方向做匀减速直线运动,根据分运动的等时性,由运动学公式可得:
水平分位移大小 x=t,竖直分位移大小 y=
,则得x=y
根据动能定理得:qEx-mgy=0,则得 qE=mg,故AB正确.
C、电场力所做的功为qEx,克服重力做功为mgh,则知电场力所做的功一定等于克服重力所做的功,故C正确.
D、电势能的减少等于电场力所做的功,重力势能的增加等于克服重力所做的功,所以电势能的减少一定大于重力势能的增加,故D错误.
故选:ABC
一平行板电容器长l=10cm,宽a=8cm,板间距d=4cm,在板左侧有一足够长的“狭缝”离子源,沿着两板中心平面,连续不断地向整个电容器射入离子,它们的比荷均为2×1010 C/kg,速度均为4×106 m/s,距板右端l/2处有一屏,
如图甲所示,如果在平行板电容器的两极板间接上如图乙所示的交流电,由于离子在电容器中运动所用的时间远小于交流电的周期,故离子通过电场的时间内电场可视为匀强电场.试求:
(1)离子打在屏上的区域面积;
(2)在一个周期内,离子打到屏上的时间.
正确答案
解:(1)设离子恰好从极板边缘射出时的电压为U0
水平方向:l=v0t ①
竖直方向:=
at2②
又a=③
由①②③得
U0==
V=128V
当U≥128V时离子打到极板上,当U<128V时打到屏上,可知,离子通过电场偏转距离最大为d.
利用推论:打到屏的离子好像是从极板中心沿直线射到屏上.
由三角形相似可得
解得打到屏上的长度为y=d
又由对称知,离子打在屏上的总长度为2d
区域面积为S=2y•a=2ad=64cm2
(2)在前T,离子打到屏上的时间t0=
×0.005s=0.0032 s;
又由对称性知,在一个周期内,打到屏上的总时间t=4t0=0.0128s.
答:
(1)离子打在屏上的区域面积为64cm2;
(2)在一个周期内,离子打到屏上的时间为0.0128s..
解析
解:(1)设离子恰好从极板边缘射出时的电压为U0
水平方向:l=v0t ①
竖直方向:=
at2②
又a=③
由①②③得
U0==
V=128V
当U≥128V时离子打到极板上,当U<128V时打到屏上,可知,离子通过电场偏转距离最大为d.
利用推论:打到屏的离子好像是从极板中心沿直线射到屏上.
由三角形相似可得
解得打到屏上的长度为y=d
又由对称知,离子打在屏上的总长度为2d
区域面积为S=2y•a=2ad=64cm2
(2)在前T,离子打到屏上的时间t0=
×0.005s=0.0032 s;
又由对称性知,在一个周期内,打到屏上的总时间t=4t0=0.0128s.
答:
(1)离子打在屏上的区域面积为64cm2;
(2)在一个周期内,离子打到屏上的时间为0.0128s..
如图所示,在y>0的空间中,存在沿y轴正方向的匀强电场E;在y<0的空间中,存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小也为E,一电子(-e,m)在y轴上的P(0,d)点以沿x轴正方向的初速度v0开始运动,不计电子重力,求:
(1)电子第一次经过x轴的坐标值;
(2)请在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹;
(3)电子在y方向上分别运动的周期;
(4)电子运动的轨迹与x轴的各个交点中,任意两个相邻交点间的距离.
正确答案
解:(1)在y>0空间中,沿x轴正方向以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀加速直线运动,设其加速度大小为a,则
a=
d=at12
x1=v0t1
解得:,
因此电子第一次经过x轴的坐标值为(,0)
(2)电子轨迹如图所示.
在y<0空间中,沿x轴正方向仍以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀减速直线运动,设其加速度大小也为a,由对称性可知:
电子在y轴方向速度减小为零时的时间t2=t1=
电子沿x轴方向移动的距离为x2=x1=
(3)电子在y轴方向的运动周期为T=2(t1+t2)=
(4)电子运动轨迹在x轴上的任意两个相邻交点间的距离为
s=2x1=
答:(1)电子第一次经过x轴的交点为(,0);(2)轨迹如上图;(3)周期T为
;(4)任意相临两交点的距离为
.
解析
解:(1)在y>0空间中,沿x轴正方向以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀加速直线运动,设其加速度大小为a,则
a=
d=at12
x1=v0t1
解得:,
因此电子第一次经过x轴的坐标值为(,0)
(2)电子轨迹如图所示.
在y<0空间中,沿x轴正方向仍以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀减速直线运动,设其加速度大小也为a,由对称性可知:
电子在y轴方向速度减小为零时的时间t2=t1=
电子沿x轴方向移动的距离为x2=x1=
(3)电子在y轴方向的运动周期为T=2(t1+t2)=
(4)电子运动轨迹在x轴上的任意两个相邻交点间的距离为
s=2x1=
答:(1)电子第一次经过x轴的交点为(,0);(2)轨迹如上图;(3)周期T为
;(4)任意相临两交点的距离为
.
如图所示,是一个示波管工作的原理图,电子从静止开始,经加速电压U1加速后,以速度v0垂直电场方向进入偏转电场,离开电场时侧移量为h,两平行板间的距离为d,两平行板间电势差为U2,板长为L,每单位电压引起的侧移量h/U2叫做示波管的灵敏度.为了提高灵敏度,可采用下列哪些方法( )
正确答案
解析
解:电子在加速电场中加速,根据动能定理可得,
eU1=mv02,
所以电子进入偏转电场时速度的大小为,
v0=,
电子进入偏转电场后的偏转的位移为,
h=at2=
=
所以示波管的灵敏度
所以要提高示波管的灵敏度可以增大l,减小d和减小U1,所以AD正确.
故选AD.
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