- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,是示波器工作原理的示意图,电子经电压U1从静止加速后垂直进入偏转电场,偏转电场的电压为U2,两极板间距为d,极板长度为L,电子离开偏转电场时的偏转量为h,每单位电压引起的偏转量(h/U2)叫示波器的灵敏度,试求:该示波器的灵敏度,并探究可采用哪些方法提高示波器的灵敏度.
正确答案
解:根据动能动理,电子进入偏转电场时的速度为v 则
U1e= (1)
在偏转电场中电子的偏转量为
h=at2=
(2)
联立(1)(2)式得
=
(3)
由(3)式可知:增大L、减小d、减小U1都可以提高示波器的灵敏度.
答:该示波器的灵敏度,增大L、减小d、减小U1都可以提高示波器的灵敏度.
解析
解:根据动能动理,电子进入偏转电场时的速度为v 则
U1e= (1)
在偏转电场中电子的偏转量为
h=at2=
(2)
联立(1)(2)式得
=
(3)
由(3)式可知:增大L、减小d、减小U1都可以提高示波器的灵敏度.
答:该示波器的灵敏度,增大L、减小d、减小U1都可以提高示波器的灵敏度.
(2015秋•深圳校级期中)在光滑绝缘的水平面上,用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B.A球的带电荷量为+2q,B球的带电荷量为-3q,组成一带电系统.如图所示,虚线MP为AB两球连线的垂直平分线,虚线NQ与MP平行且相距为4L.最初A球和B球分别静止于虚线MP的两侧,距MP的距离均为L,且A球距虚线NQ的距离为3L.若视小球为质点,不计轻杆的质量,在虚线MP、NQ间加上水平向右的匀强电场E后,求:
(1)B球刚进入电场时,A球与B球组成的带电系统的速度大小.
(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零时所需的时间以及B球电势能的变化量.
正确答案
解:(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,由牛顿第二定律:a1==
,
球B刚进入电场时,带电系统的速度为v1,有:v12=2a1L,解得:v1=;
(2)对带电系统进行分析,假设球A能达到右极板,电场力对系统做功为W1,
有:W1=2qE×3L+(-3qE×2L)=0,
故带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q.
设球B从静止到刚进入电场的时间为t1,则:t1==
,
球B进入电场后,带电系统的加速度为a2,由牛顿第二定律:a2==-
,
显然,带电系统做匀减速运动.减速所需时间为t2,t2==
,
可知,带电系统从静止到速度第一次为零所需的时间为:t=t1+t2=3,
带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q,故进入电场后B球向右运动的位移:x=4L-2L=2L,
故电场力对B球所做的功为W=-3qE×2L=-6EqL,故B球电势能增加了6EqL;
答:(1)B球刚进入电场时,A球与B球组成的带电系统的速度大小为.
(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零时所需的时间为3,及B球电势能的变化量为:6EqL.
解析
解:(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,由牛顿第二定律:a1==
,
球B刚进入电场时,带电系统的速度为v1,有:v12=2a1L,解得:v1=;
(2)对带电系统进行分析,假设球A能达到右极板,电场力对系统做功为W1,
有:W1=2qE×3L+(-3qE×2L)=0,
故带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q.
设球B从静止到刚进入电场的时间为t1,则:t1==
,
球B进入电场后,带电系统的加速度为a2,由牛顿第二定律:a2==-
,
显然,带电系统做匀减速运动.减速所需时间为t2,t2==
,
可知,带电系统从静止到速度第一次为零所需的时间为:t=t1+t2=3,
带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q,故进入电场后B球向右运动的位移:x=4L-2L=2L,
故电场力对B球所做的功为W=-3qE×2L=-6EqL,故B球电势能增加了6EqL;
答:(1)B球刚进入电场时,A球与B球组成的带电系统的速度大小为.
(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零时所需的时间为3,及B球电势能的变化量为:6EqL.
如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子,以初速度v0垂直射入场强为E方向竖直向下的匀强电场中,该粒子在电场中的经历时间______后,其即时速度的方向与初速度方向成30°角.在这过程中粒子的电势能增量为______.(不计重力)
正确答案
解析
解:
(1)带正电的粒子垂直进入电场后做类平抛运动,如图所示:
粒子在垂直电场方向的做匀速直线运动vx=v0
粒子在电场方向做初速度为0的匀加速直线运动
当粒子速度方向与初速度方向成30°角时,如图,vy=vxtan30°=
据得,粒子经历的时间
(2)在这一过程中,粒子在电场方向偏转的位移y==
电场力对粒子做功W=
根据电场力做功与电势能变化的关系知,电场力对粒子做正功,电势能减少,好电势能的增加量△E=-W=
故答案为:,
如图,真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形,边长L.若将电荷量均为q的两正点电荷分别固定在A、B点,已知静电力常量为k.求C点的电场强度.
正确答案
解:A、B点电荷在C点产生的场强大小相等,均为:
A、B两点电荷形成的电场在C点的合场强大小为:=
方向沿y轴正方向
答:C点的电场强度为,方向沿y轴正方向
解析
解:A、B点电荷在C点产生的场强大小相等,均为:
A、B两点电荷形成的电场在C点的合场强大小为:=
方向沿y轴正方向
答:C点的电场强度为,方向沿y轴正方向
如图所示,用一根绝缘轻绳悬挂一个带电小球,小球的质量为1.0×10-2kg,所带电荷量为-2.0×10-8C.现加一水平方向的匀强电场,平衡时绝缘绳与竖直方向成30°角,g=10m/s2.则( )
正确答案
解析
解:A、小球的受力如图,电场力方向水平向右,而小球带负电,所以电场方向水平向左,故A错误.
B、让小球在电场中做小角度的摆动时,电场力对小球要做功,小球的机械能不守恒,故B错误.
C、由图知,小球静止在如图位置对,绳的拉力大小为 Tcos30°=mg,则得T==
N=
N,故C错误.
D、把小球拉到O点正下方,电场力对小球做负功,小球电势能一定增加,故D正确.
故选D
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