- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,一带电量为-q、质量为m的粒子以初速度v0从两平行板电容器中央水平射入,从离上板为
d处飞离平行板,若平行板长为l,两板距离为d,(不计粒子重力)则:
(1)两板所加电压多大?
(2)飞离平行板时带电粒子速度多大?
正确答案
解:(1)因为偏转位移y=.
根据y=,l=v0t
又qE=ma,E=
联立解得.
(2)根据动能定理得,
解得v=.
答:(1)两板所加电压.
(2)飞离平行板时带电粒子速度v=.
解析
解:(1)因为偏转位移y=.
根据y=,l=v0t
又qE=ma,E=
联立解得.
(2)根据动能定理得,
解得v=.
答:(1)两板所加电压.
(2)飞离平行板时带电粒子速度v=.
图甲所示的平行板电容器板间距离为d,两板所加电压随时间变化图线如图乙所示,t=0时刻,质量为m、带电量为q的粒子以平行于极板的速度V0射入电容器,t1=3T时刻恰好从下极板边缘射出电容器,带电粒子的重力不计,求:
(1)平行板电容器板长L;
(2)粒子射出电容器时偏转的角度φ;
(3)粒子射出电容器时竖直偏转的位移y.
正确答案
解:(1)带电粒子在电场中运动的时间t=3T,由题意知,带电粒子在电场方向上做匀变速运动,在垂直电场方向上不受力做匀速直线运动,所以有:
平行板电容器极板长度L=v0t=3v0T
(2)粒子在电容器中运动时,在电场方向做匀加速运动,在垂直电场方向做匀速直线运动,根据电场图象可知:
在0-T的时间里,粒子在电场方向(垂直板的方向)做匀加速运动,加速度a=,初速度为0,末速度为aT
在T-2T时间里,粒子不受电场力作用(垂直板的方向)粒子做速度v=aT的匀速直线运动
在2T-3T时间里,粒子在电场方向做初速度v=aT的匀加速直线运动,加速度a=,则末速度为2aT
所以粒子在垂直板的方向即y方向的末速度为vy=2aT=2a=T
粒子在平行板的方向即x方向的末速度vx=v0
射出电容器时,偏转角度为φ,则tgφ==
;
(3)由(2)分析知,粒子在
0~T,垂直板的方向做初速度为0的匀加速直线运动,加速度a=,
时间t=T,所以在y方向偏转的位移y1=a
=
×
×T2;
T~2T,垂直板的方向做初速度v=aT的匀速直线运动,则在y方向偏转的位移y2=vT=(aT)T=T2;
2T~3T,垂直板的方向做初速度v=aT,加速度a= 的匀加速直线运动,故在y方向偏转的位y3=vT+
aT2=(aT)T+
aT2=
T2;
所以在粒子射出电场的3T时间内竖直方向偏转的位移y=y1+y2+y3=;
答:(1)平行板电容器板长L=3v0T;
(2)粒子从射入到射出电容器时速度偏转的角度tanφ=;
(3)粒子从射入到射出电容器时竖直方向偏转的位移y=.
解析
解:(1)带电粒子在电场中运动的时间t=3T,由题意知,带电粒子在电场方向上做匀变速运动,在垂直电场方向上不受力做匀速直线运动,所以有:
平行板电容器极板长度L=v0t=3v0T
(2)粒子在电容器中运动时,在电场方向做匀加速运动,在垂直电场方向做匀速直线运动,根据电场图象可知:
在0-T的时间里,粒子在电场方向(垂直板的方向)做匀加速运动,加速度a=,初速度为0,末速度为aT
在T-2T时间里,粒子不受电场力作用(垂直板的方向)粒子做速度v=aT的匀速直线运动
在2T-3T时间里,粒子在电场方向做初速度v=aT的匀加速直线运动,加速度a=,则末速度为2aT
所以粒子在垂直板的方向即y方向的末速度为vy=2aT=2a=T
粒子在平行板的方向即x方向的末速度vx=v0
射出电容器时,偏转角度为φ,则tgφ==
;
(3)由(2)分析知,粒子在
0~T,垂直板的方向做初速度为0的匀加速直线运动,加速度a=,
时间t=T,所以在y方向偏转的位移y1=a
=
×
×T2;
T~2T,垂直板的方向做初速度v=aT的匀速直线运动,则在y方向偏转的位移y2=vT=(aT)T=T2;
2T~3T,垂直板的方向做初速度v=aT,加速度a= 的匀加速直线运动,故在y方向偏转的位y3=vT+
aT2=(aT)T+
aT2=
T2;
所以在粒子射出电场的3T时间内竖直方向偏转的位移y=y1+y2+y3=;
答:(1)平行板电容器板长L=3v0T;
(2)粒子从射入到射出电容器时速度偏转的角度tanφ=;
(3)粒子从射入到射出电容器时竖直方向偏转的位移y=.
(2015•南关区校级四模)如图,在距地面高为H=45m处,有一小球A以初速度v0=5m/s水平抛出,与此同时,在A的正下方有一物块B以初速度v=10m/s同方向滑出,地面光滑,A、B均可视做质点,A不带电,物块B带负电,电荷量q=1×10-6C,质量m=1kg整个空间存在水平向右的匀强电场(图中未画出),电场强度E=5×106N/C,空气阻力不计,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)A球从抛出到落地的时间和这段时间内的水平位移;
(2)A球落地时,A、B之间的距离.
正确答案
解:(1)对于A球,根据H=gt2得:t=
=
s=3s
由x=v0t得:x=5×3m=15m
(2)对于B球,根据qE=ma,可得加速度大小:a==
=5m/s2
A球落地时,B的位移为 xB=vt-=10×3-
=7.5m
所以两者相距△x=xA-xB=15-7.5=7.5m
答:
(1)A球从抛出到落地的时间为3s,这段时间内的水平位移15m.
(2)A球落地时,A、B之间的距离为7.5m.
解析
解:(1)对于A球,根据H=gt2得:t=
=
s=3s
由x=v0t得:x=5×3m=15m
(2)对于B球,根据qE=ma,可得加速度大小:a==
=5m/s2
A球落地时,B的位移为 xB=vt-=10×3-
=7.5m
所以两者相距△x=xA-xB=15-7.5=7.5m
答:
(1)A球从抛出到落地的时间为3s,这段时间内的水平位移15m.
(2)A球落地时,A、B之间的距离为7.5m.
如图所示,在一高为h的绝缘光滑水平桌面上,有一个带电量为+q、质量为m的带电小球静止,小球到桌子右边缘的距离为s,突然在空间中施加一个水平向右的匀强电场E,且qE=2mg,求:小球经多长时间落地?
正确答案
解:小球在桌面上做匀加速运动,根据得:t1=
,
小球在竖直方向做自由落体运动,根据h=得:t2=
,
小球从静止出发到落地所经过的时间:t=t1+t2=.
答:小球经时间落地.
解析
解:小球在桌面上做匀加速运动,根据得:t1=
,
小球在竖直方向做自由落体运动,根据h=得:t2=
,
小球从静止出发到落地所经过的时间:t=t1+t2=.
答:小球经时间落地.
如图所示,电子在势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中,入射方向跟极板平行,整个装置处在真空中,重力可忽略.在满足电子能射出平行板区的条件下,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:设电子被加速后获得初速为v0,则由动能定理得:qU1=mv02-0 …①
又设极板长为l,则电子在电场中偏转所用时间:t=…②
又设电子在平行板间受电场力作用产生加速度为a,由牛顿第二定律得:a==
…③
电子射出偏转电场时,平行于电场方向的速度:vy=at…④
由①、②、③、④可得:vy=at=,又有:tanθ=
,
解得:tanθ=,
A、U1变大,U2变大,偏转角可能增大,也可能减小,也可能不变,故A错误;
B、U1变大,U2变小,偏转角减小,故B错误;
C、U1变小,U2变大,偏转角一定增大,故C正确;
D、U1变小,U2变小,偏转角可能增大,也可能减小,还可能不变,故D错误;
故选:C.
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