- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
一对平行金属板长为L,两板间距为d,质量为m、电荷量为e的电子从平行板左侧以速度v0沿两板的中线不断进入平行板之间,两板间所加交变电压uAB如图所示,交变电压的周期T=
,已知所有电子都能穿过平行板,且最大偏距的粒子刚好从极板的边缘飞出,不计重力作用,则( )
正确答案
解析
解:A、电子进入电场后做类平抛运动,不同时刻进入电场的电子竖直方向分速度图象如图,根据图象的“面积”大小等于位移可知,各个电子在竖直方向的位移不全相同,故所有电子从右侧的离开电场的位置不全相同.故A错误.
B、由图看出,所有电子离开电场时竖直方向分速度vy=0,速度都等于v0,故B正确.
C、由上分析可知,电子离开电场时的速度都相同,动能都相同.故C错误.
D、t=时刻进入电场的电子,在t=
时刻侧位移最大,最大侧位移为
ymax=2=
…①
在t=0时刻进入电场的电子侧位移最大为,则有:
=4×
a
…②
联立①②得:ymax= 故D正确.
故选BD
如图所示,在直角坐标系xoy的第一象限中分布着沿y轴负方向的匀强电场,在第四象限中分布着方向向里垂直纸面的匀强磁场.一个质量为m、带电+q的微粒,在A点(0,3)以初速度v0=120m/s平行x轴射入电场区域,然后从电场区域进入磁场,又从磁场进入电场,并且先后只通过x轴上的p点(6,0)和Q点(8,0)各一次.已知该微粒的比荷为=102C/kg,微粒重力不计,求:
(1)微粒从A到P所经历的时间和加速度的大小;
(2)求出微粒到达P点时速度方向与x轴正方向的夹角,并画出带电微粒在电磁场中由A至Q的运动轨迹;
(3)电场强度E和磁感强度B的大小.
正确答案
解:
(1)微粒从平行x轴正方向射入电场区域,由A到P做类平抛运动,微粒在x轴上做匀速直线运动,则有 Sx=v0t
得 t==0.05s
微粒沿y轴方向做初速度为零的匀加速直线运动,有 Sy=at2
解得 a=2.4×103m/s2
(2)微粒进入磁场时竖直方向的分速度 vy=at
由tgɑ=得 ɑ=arctg
=45°
轨迹如图
(3)电场中,由牛顿第二定律得 qE=ma
解得,E=24N/C
设微粒从P点进入磁场以速度v做匀速圆周运动 v=v0
由qvB=m得R=
由几何关系 R=
解得,B==1.2T
答:
(1)微粒从A到P所经历的时间是0.05s,加速度的大小是2.4×103m/s2;
(2)微粒到达P点时速度方向与x轴正方向的夹角是45°,画出带电微粒在电磁场中由A至Q的运动轨迹如图;
(3)电场强度E为24N/C,磁感应强度B的大小是1.2T.
解析
解:
(1)微粒从平行x轴正方向射入电场区域,由A到P做类平抛运动,微粒在x轴上做匀速直线运动,则有 Sx=v0t
得 t==0.05s
微粒沿y轴方向做初速度为零的匀加速直线运动,有 Sy=at2
解得 a=2.4×103m/s2
(2)微粒进入磁场时竖直方向的分速度 vy=at
由tgɑ=得 ɑ=arctg
=45°
轨迹如图
(3)电场中,由牛顿第二定律得 qE=ma
解得,E=24N/C
设微粒从P点进入磁场以速度v做匀速圆周运动 v=v0
由qvB=m得R=
由几何关系 R=
解得,B==1.2T
答:
(1)微粒从A到P所经历的时间是0.05s,加速度的大小是2.4×103m/s2;
(2)微粒到达P点时速度方向与x轴正方向的夹角是45°,画出带电微粒在电磁场中由A至Q的运动轨迹如图;
(3)电场强度E为24N/C,磁感应强度B的大小是1.2T.
如图所示,A、B为两块水平放置的金属板,通过闭合的开关S分别与电源两极相连,两板中央各有一个小孔a和b,在a孔正上方某处一带电质点由静止开始下落,不计空气阻力,该质点到达b孔时速度恰为零,然后返回.现要使带电质点能穿出b孔,可行的方法是( )
正确答案
解析
解:设质点距离A板的高度h,A、B两板原来的距离为d,电压为U.质点的电量为q.
A、由题质点到达b孔时速度恰为零,根据动能定理得mg(h+d)-qU=0.
若保持S闭合,将A板适当下移,设质点到达b时速度为v,由动能定理得mg(h+d)-qU=mv2,v=0,说明质点到达b孔时速度恰为零,然后返回,不能穿过b孔.故A错误.
B、若保持S闭合,将B板适当上移距离△d,由动能定理得mg(h+d-△d)-qU=mv2,则v<0,说明质点没有到达b孔速度为零,然后返回,不能穿过b孔.故B错误.
C、若断开S时,将A板适当下移,板间电场强度不变,设A板下移距离为△d,质点进入电场的深度为d′时速度为零.
由动能定理得mg(h+△d+d′)-qEd′=0,又由原来情况有mg(h+d)-qEd=0.比较两式得,d′>d,说明质点点能穿出b孔,故C正确.
D、若断开S,再将B板适当上移,根据动能定理可知,质点到达b孔时速度没有减为零,故能穿过b孔.故D正确.
故选:CD.
有两块带电平行金属板相距0.5米,如图所示,两板之间的电势差为5伏,两板间的电场强度的大小是______V/m,一个电荷量Q=1C的带正电小球恰好静止在两板的中央,则该带电小球的质量是______kg;若该带电小球从正极板移动到负极板,电场力做功为______J.(取g=10m/s2)
正确答案
10
1
5
解析
解:电场强度为:E==
=10V/m,
由平衡条件得:mg=qE,
解得:m==
=1kg,
电场力做功为:W=qU=1×5=5J;
故答案为:10;1;5.
如图所示,质子(11H)、氘核(12H)、氚核(13H)和α粒子(24He)组成粒子束,以相同的速度沿带电的平行板电容器两板中线OO′方向垂直于电场线射入板间的匀强电场,且都能射出电场,射出后都打在同一个荧光屏上,使荧光屏上出现亮点.忽略粒子间的相互作用,则在荧光屏上将出现亮点的个数是( )
正确答案
解析
解:在AB中、三种粒子带电量不同,分别为q、q、q、2q;质量不同分别为m、、2m、3m、4m,进入同一电场是加速度不同分别是:、
、
、
若它们射入电场时的速度相等,三粒子水平方向匀速直线,运动时间相同,则竖直方向的位移,
由:y=得竖直方向的位移之比是:6:3:2:3,所以四种粒子有两种打到同一位置,故会出现三个亮点,
故选C.
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