- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
初速度为零的带电粒子(质量为m,电量为q)经电压为U的加速电场加速后,在距两极板等距离处垂直进入平行板间的偏转电场,如图所示,已知偏转电场两板间距为d,板长为l,若带电粒子刚好能从平行板间飞出,求偏转电场两极板间的电压U′及带电粒子离开偏转电场时速度的大小.
正确答案
解:加速过程:由动能定理得:qU= ①
带电粒子进入偏转电场后,在平行于极板的方向上做匀速直线运动,则有 l=v0t ②
在垂直于极板的方向上做初速度为零的匀加速直线运动,则偏转距离为 y=at2=
③
根据牛顿第二定律得:加速度 a= ④
由①②③④联立解得 U′=U ⑤
离子电场时粒子在垂直于板方向的分速度为 vy=at⑥
速度大小 v==
⑦
答:偏转电场两极板间的电压U′为U,带电粒子离开偏转电场时速度的大小为
.
解析
解:加速过程:由动能定理得:qU= ①
带电粒子进入偏转电场后,在平行于极板的方向上做匀速直线运动,则有 l=v0t ②
在垂直于极板的方向上做初速度为零的匀加速直线运动,则偏转距离为 y=at2=
③
根据牛顿第二定律得:加速度 a= ④
由①②③④联立解得 U′=U ⑤
离子电场时粒子在垂直于板方向的分速度为 vy=at⑥
速度大小 v==
⑦
答:偏转电场两极板间的电压U′为U,带电粒子离开偏转电场时速度的大小为
.
如图所示,A、B和C、D为两对带电金属极板,长度均为l,其中A、B两板水平放置,间距为d,A、B间电压为U1;C、D两板竖直放置,间距也为d,C、D间电压为U2.有一初速度为0、质量为m、电荷量为e的电子经电压U0加速后,平行于金属板进入电场,则电子进入该电场时的速度大小为______;若电子在穿过电场的过程中始终未与极板相碰,电子离开该电场时的动能为______.(A、B、C、D四块金属板均互不接触,电场只存在于极板间,且不计电子的重力)
正确答案
解析
解:初速度为0、质量为m、电荷量为e的电子经电压U0加速后,根据动能定理有:
所以电子进入该电场时的速度大小为:
由于A、B板间电压为U1,产生竖直方向偏转,在该竖直方向上做初速度为零的匀加速运动,则在该方向上的末速度为:
由于C、D板间电压为U2,产生水平方向偏转,在该竖直方向上做初速度为零的匀加速运动,则在该方向上的末速度为:
所以电子离开该电场时的动能为:=
故答案为:,
.
如图所示,相距为d的两块平行金属板M、N与电源相连接,当开关S闭合时,一个重力可以忽略不计的带电粒子,垂直于电场方向从M板的边缘射入电场,恰好打在N板的中央.如果保持开关S闭合,欲使该粒子刚好能从下级板边缘飞出电场,则N板应向下平移的距离为( )
正确答案
解析
解:重力不计的带电粒子垂直于电场方向从M边缘射入电场,做类平抛运动,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.
设极板间的电压为U、极板间的宽度为d、极板的长度为L,粒子的初速度为v0.
粒子打在N板的中央时,水平方向有:
=v0t ①
竖直方向有:d=at2=
t2 ②
由②解得:d2=t2 ③
为使粒子刚好能飞出电场,则水平方向:L=v0t2 ④
由①④两式解得:t2=2t ⑤
此过程保持电键闭合状态,即上面公式中电压U不变,由③⑤两式可知当时间由t变为2t时,d变为2d,即极板宽度变为原来的两倍,N板向下移动d.
故选:B.
如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开,从负极板处由静止释放一个电子,设其到达正极板的速度为vl,加速度为al,现将两极板间距离增大为原来的2倍,再从负极板处由静止释放一个电子,设其到达正极板的速度为v2,加速度为a2,那么应有( )
正确答案
解析
解:平行板电容器充电后与电源断开,将两板间距离增为原来的2倍,此时电容器极板上的电荷量不变,所以电场强度E不变,根据公式:U=Ed.极板之间的电势差是用来的2倍.
设电容器两端电压为U,距离为d,则:E=
根据牛顿第二定律得:
可见加速度与极板间距离无关,若将两板间距离增为原来的2倍,则加速度保持不变,即a1=a2,所以A正确B错误;
电子从负极移动到正极的过程中运用动能定理得:
解得:v=可见,若将两板间距离增为原来的2倍,极板间电势差为原来的2倍,则其到达正极板的速度变为原来的
,故C错误D正确.
故选:AD.
如图(甲)为平行板电容器,板长l=0.1m,板距d=0.02m.板间电压如图(乙)示,电子以v=1×107m/s的速度,从两板中央与两板平行的方向射入两板间的匀强电场,为使电子从板边缘平行于板的方向射出,电子应从什么时刻打入板间?并求此交变电压的频率.(电子质量m=9.1×10-31 kg,电量e=1.6×10-19 C)
正确答案
解:电子水平方向匀速直线运动,竖直方向做变加速运动.要使电子从板边平行于板方向飞出,则要求电子在离开板时竖直方向分速度为0,并且电子在竖直方向应做单向直线运动向极板靠近.此时电子水平方向(x方向)、竖直方向(y)方向的速度图线分别如图所示.
电子须 从t=n(n=0,1,2,…)时刻射入板间,且穿越电场时间为:t=kT(k=1,2…)…①
而电子水平位移为:l=vt…②
竖直位移为:d=
•2k…③
三式联立得:T==2.5×10-9 s,k=4,
故频率 f==4×108 Hz,且k=4.
答:为使电子从板边缘平行于板的方向射出,电子应从t=n(n=0,1,2,…)时刻射入板间,此交变电压的频率是4×108 Hz.
解析
解:电子水平方向匀速直线运动,竖直方向做变加速运动.要使电子从板边平行于板方向飞出,则要求电子在离开板时竖直方向分速度为0,并且电子在竖直方向应做单向直线运动向极板靠近.此时电子水平方向(x方向)、竖直方向(y)方向的速度图线分别如图所示.
电子须 从t=n(n=0,1,2,…)时刻射入板间,且穿越电场时间为:t=kT(k=1,2…)…①
而电子水平位移为:l=vt…②
竖直位移为:d=
•2k…③
三式联立得:T==2.5×10-9 s,k=4,
故频率 f==4×108 Hz,且k=4.
答:为使电子从板边缘平行于板的方向射出,电子应从t=n(n=0,1,2,…)时刻射入板间,此交变电压的频率是4×108 Hz.
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