- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,相距为d的虚线AB、CD之间存在着水平向左的、场强为E的匀强电场,M、N是平行于电场线的一条直线上的两点,紧靠CD边界的右侧有一O点,与N点相距为l,在O点固定一电荷量为Q=
(k为静电力常量)的正点电荷,点电荷产生的电场只存在于CD边界的右侧.今在M点释放一个质量为m、电量为-e的电子(重力不计).求:
(1)电子经过N点时的速度大小.
(2)判断电子在CD右侧做什么运动,并求出电子从M点释放后经过N点的时间.
正确答案
解:(1)设电子经过N点时的速度为v,
根据动能定理得:eEd=mv2-0,解得:v=
;
(2)设电子经N点进入点电荷电场后,由计算可知库仑力恰好提供向心力.
所以电子在点电荷的电场中作半径为l的匀速圆周运动,
再次进入匀强电场减速后沿原路径返回,以后作周期性运动,如图所示.
电子第一次经过N点的时间t1:
t1==
,
电子在点电荷的电场中作圆周运动的周期T:
T==πl
,
电子第二次经过N点的时间t2:
t2=3t1+T=3+πl
,
电子第三次经过N点的时间t3:
t3=t1+(4t1+T)=5+πl
,
电子第四次经过N点的时间t4:
t4=t2+(4t1+T)=7+2πl
所以电子经过N点的时间为:
tn=(2n-1)+
•πl
(n为偶数时)
tn=(2n-1)+
•πl
(n为奇数时).
答:(1)电子经过N点时的速度大小是.
(2)电子从M点释放后经过N点的时间为:tn=(2n-1)+
•πl
(n为偶数时)
tn=(2n-1)+
•πl
(n为奇数时).
解析
解:(1)设电子经过N点时的速度为v,
根据动能定理得:eEd=mv2-0,解得:v=
;
(2)设电子经N点进入点电荷电场后,由计算可知库仑力恰好提供向心力.
所以电子在点电荷的电场中作半径为l的匀速圆周运动,
再次进入匀强电场减速后沿原路径返回,以后作周期性运动,如图所示.
电子第一次经过N点的时间t1:
t1==
,
电子在点电荷的电场中作圆周运动的周期T:
T==πl
,
电子第二次经过N点的时间t2:
t2=3t1+T=3+πl
,
电子第三次经过N点的时间t3:
t3=t1+(4t1+T)=5+πl
,
电子第四次经过N点的时间t4:
t4=t2+(4t1+T)=7+2πl
所以电子经过N点的时间为:
tn=(2n-1)+
•πl
(n为偶数时)
tn=(2n-1)+
•πl
(n为奇数时).
答:(1)电子经过N点时的速度大小是.
(2)电子从M点释放后经过N点的时间为:tn=(2n-1)+
•πl
(n为偶数时)
tn=(2n-1)+
•πl
(n为奇数时).
如图所示,质子(
)和氦核(
)从静止在加速电压为U1的加速电场加速后垂直进入电压为U2的偏转电场,射出后打到屏幕上,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理qU=,知质子和氦核从加速电场射出后的速度不相同,A错误;
B、质子在加速电场中获得的动能等于电场力做功,是eU1,B正确;
C、由图象知氦核在电场中偏转时电势差小于U2,所以氦核在偏转电场中获得的动能小于2eU2,C错误;
D、由A知它们的初动能不同,所以速度V不同,根据水平方向t=,所以到达屏幕时用时不同,偏转位移y=
知打在同一点上,D正确;
故选:BD
在一个水平面上建立x轴,在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一匀强电场,场强大小E=6×106N/C,方向与x轴正方向相同,在O处放一个带电量q=-5×10-9C,质量m=10g的绝缘物块(可视为质点),物块与整个水平面间的动摩擦因数µ=0.1,现沿x轴正方向给物块一个初速度υ0=2m/s,如图所示,g取10m/s2,求:
(1)物块向右运动时加速度的大小;
(2)物块最终停止运动时离O处的距离.
正确答案
解:(1)物块在向右运动过程中,水平方向受滑动摩擦力f,电场力F,做匀减速直线运动;
由F合=ma得加速度:=
…①
物块受到的滑动摩擦力:f=μmg…②
受到的电场力:F=qE…③
由①②③代入数据可得:a=3.5m/s2
(2)物块向右做匀减速直线运动所发生的位移:
当物块向右运动速度为零时,因为fmax<F,所以物块将反向向左做匀加速直线运动.
但当物块向左运动过O处后,将在滑动摩擦力f的作用下做匀减速直线运动.故物块最终停止在O处的左侧.设物块最终停止运动时离O处的距离为d.
由动能定理可得:
解得物块最终停止运动时离O处的距离:d=1m
答:(1)物块向右运动时加速度的大小为;
(2)物块最终停止运动时离O处的距离为1m.
解析
解:(1)物块在向右运动过程中,水平方向受滑动摩擦力f,电场力F,做匀减速直线运动;
由F合=ma得加速度:=
…①
物块受到的滑动摩擦力:f=μmg…②
受到的电场力:F=qE…③
由①②③代入数据可得:a=3.5m/s2
(2)物块向右做匀减速直线运动所发生的位移:
当物块向右运动速度为零时,因为fmax<F,所以物块将反向向左做匀加速直线运动.
但当物块向左运动过O处后,将在滑动摩擦力f的作用下做匀减速直线运动.故物块最终停止在O处的左侧.设物块最终停止运动时离O处的距离为d.
由动能定理可得:
解得物块最终停止运动时离O处的距离:d=1m
答:(1)物块向右运动时加速度的大小为;
(2)物块最终停止运动时离O处的距离为1m.
一带电粒子在电场中仅在电场力作用下,从A点运动到B点,速度随时间变化的图象如图所示,tA,tB分别是带电粒子到达A、B两点时对应的时刻,则下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:
A、根据速度图象的斜率等于加速度,由数学知识可以看出,从A点运动到B点的过程中带电粒子的加速度减小,则其所受的电场力减小,由a=知,电场强度E减小,即有A处的场强一定大于B处的场强.故A正确.
B、由于带电粒子的电性未知,无法判断电场方向,也就不能判断电势高低.故B错误.
C、D由图看出,带电粒子的速度增大,动能增大,则由能量守恒定律得知,其电势能减小,电场力做正功.故C错误,D正确.
故选AD
如图所示,离子发生器发射一束质量为m,电荷量为+q的离子,从静止经PQ两板间的加速电压U0加速后,再以某一初速度从a点沿ab方向进入匀强电场区域,abcd所围成的正方形区域是该匀强电场的边界,已知正方形的边长为L,匀强电场的方向与ad边平行且由a指向d.(不计重力)
(1)求离子进入匀强电场的初速度v0?
(2)若离子恰从c点飞离电场,求ac两点间的电势差Uac?
正确答案
解:(1)对直线加速过程,根据动能定理,有:qU0=
解得:
(2)设此时场强大小为E,则:
ab方向,有:L=v0t
ad方向,有:L=
Uac=EL
解得:Uac=.
答:(1)离子进入匀强电场的初速度为.
(2)ac两点间的电势差为.
解析
解:(1)对直线加速过程,根据动能定理,有:qU0=
解得:
(2)设此时场强大小为E,则:
ab方向,有:L=v0t
ad方向,有:L=
Uac=EL
解得:Uac=.
答:(1)离子进入匀强电场的初速度为.
(2)ac两点间的电势差为.
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