- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,正方形区域abcd内存在着沿ad方向的匀强电场,场强大小为E.一粒子源不断地从a处沿ab方向向该区域内发射相同的带电粒子,粒子的初速度为v0,经电场作用后从dc的中点p处射出.现撤去电场,在该区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度大小为B(图中未画出),粒子仍从p处射出.(带电粒子的重力和粒子之间的相互作用力均可忽略)
(1)所加磁场的方向如何?
(2)电场强度E与磁感应强度B的比值为多大?
正确答案
解:
(1)根据粒子在电场中的偏转方向,可知粒子带正电,再根据左手定则判断,磁场方向垂直纸面向外.
(2)设带电粒子的电量为q,质量为m,盒子的边长为l,粒子在电场中沿ad方向的位移为l,沿ab方向的位移为,得:
(
)2=l
解得匀强电场的场强为:E=,
带电粒子在磁场中作匀速圆周运动,轨道半径为R,根据牛顿第二定律得:
qvB=m
解得:R=
根据如图的几何关系(l-R)2+()2=R2
解得轨道半径为:R=l
解得磁场的磁感应强度 B=
因此解得:=
=5v0;
答:
(1)磁场方向垂直纸面向外.
(2)电场强度E与磁感应强度B的比值为5v0.
解析
解:
(1)根据粒子在电场中的偏转方向,可知粒子带正电,再根据左手定则判断,磁场方向垂直纸面向外.
(2)设带电粒子的电量为q,质量为m,盒子的边长为l,粒子在电场中沿ad方向的位移为l,沿ab方向的位移为,得:
(
)2=l
解得匀强电场的场强为:E=,
带电粒子在磁场中作匀速圆周运动,轨道半径为R,根据牛顿第二定律得:
qvB=m
解得:R=
根据如图的几何关系(l-R)2+()2=R2
解得轨道半径为:R=l
解得磁场的磁感应强度 B=
因此解得:=
=5v0;
答:
(1)磁场方向垂直纸面向外.
(2)电场强度E与磁感应强度B的比值为5v0.
如图所示,两块平行、正对的金属板水平放置,分别带有等量的异种电荷,使两板间形成匀强电场,两板间的距离为d.有一带电粒子以某个速度v0紧贴着A板左端沿水平方向射入匀强电场,带电粒子恰好落在B板的右边缘.带电粒子所受的重力忽略不计.现使该粒子仍从原位置以同样的方向射入电场,但使该粒子落在B板的中点,下列措施可行的是( )
正确答案
解析
解:粒子垂直射入匀强电场中,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,
A、仅使粒子的初速度变为2v0,则竖直方向运动情况不变,水平方向的速度增大,粒子水平位移更大,不会打到下极板上,故A错误;
B、仅使粒子的初速度变为,则竖直方向运动情况不变,水平方向的速度变为原来的一半,粒子水平位移为原来的一半,则打在B板的中点,故B正确;
C、电场强度,则仅使B板向上平移
,电场强度不变,
在竖直方向有:d=,解得:t=
若下极板B上移,板间距离变为原来的一半,则运动时间为原来的
,水平速度不变,所以水平位移为原来的
,不能使该粒子落在B板的中点,故C错误;
D、若使B板向下平移d,则粒子水平位移为原来的两倍,不能打到B板的中点,故D错误.
故选:B.
如图,质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中,P从两极板正中央射入,Q从下极板边缘处射入,它们最后打在同一点(不计P、Q的重力以及它们间的相互作用),则从开始射入到打到上极板的过程,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、垂直于电场方向粒子不受力,做匀速直线运动,位移相等,速度相等,则运动时间相等,故A正确;
B、平行电场方向受到电场力,做初速度为零的匀加速直线运动,根据位移时间关系公式,有:
y=at2 …①
由于两带电粒子平行电场方向分位移之比为:
yP:yQ=1:2
根据牛顿第二定律,有:
qE=ma …②
由①②两式解得:
q=
由m、E、t相等,则知它们所带的电荷量之比 qP:qQ=yP:yQ=1:2,故B正确;
C、电势能的减小量等于电场力做的功,即△E=qEy,因为竖直位移之比是1:2,电荷量之比也是1:2,所以电场力做功之比为1:4,它们电势能减少量之比△EM:△EN=1:4.故C错误;
D、根据动能定理,有:
qEx=△Ek
而:qP:qQ=1:2,xP:xQ=1:2,
所以动能增加量之比:△EkP:△EkQ=1:4
由于质量相等,故速度增加量之比为1:2,故D正确;
故选:ABD.
如图所示,R为一含有
U的放射源,它能放出α、β、γ三种射线,变为
Rn.LL′为一张厚纸板,MN为涂有荧光物质的光屏,虚线框内存在平行于边界ab的匀强电场.若射线正对光屏的中心O点射出,在光屏上只观察到O、P两个亮点,则打在O点的是______射线,虚线框内匀强电场的方向______(选填“由a指向b”或“由b指向a”).
正确答案
γ
由b指向a
解析
解:α、β、γ三种射线中γ射线不带电,在电场中不偏转,所以打在O点的是γ射线.
一张纸就能挡住α射线,所以打在P点的是β射线,而β粒子带负电,要使β射线向下偏转,虚线框内匀强电场的方向应由b指向a.
故答案为:γ;由b指向a.
一对平行金属板A、B间电压变化如图2所示,一个不计重力的带负电的粒子原静止在O点处,下面几种关于粒子的运动情况的说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:
AB、若t=0时刻释放该电荷,电荷在前半个周期内受到的电场力向右,向A板做匀加速直线运动;后半个周期内电场力向右,向A板做匀减速直线运动,接下去周而复始重复,电荷一定能打到A板上,不能打B板上.故A正确,B错误.
CD、如果板间距离足够大.若t=时刻释放该电荷,电荷在
-
时间内,电场力向右,粒子向A板做匀加速直线运动;
-
时间内,电场力向左,粒子向A板做匀减速直线运动,
时刻速度为零;
-T向B板做匀加速直线运动;T-
向B板做匀减速直线运动,
时刻速度为零.之后重复这个运动过程.所以t=
时刻释放该电荷,该电荷不一定能打到A板上.故C错误,D正确.
故选:AD
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