- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
一束电子流在经U=1000V的加速电压加速后,在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距离d=1.0cm,板长I=5.0cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最大能加多大电压?
正确答案
解:在加速电压一定时,偏转电压U′越大,电子在极板间的偏转距离越大,当偏转电压大到使电子刚好从极板的边缘飞出时偏转电压最大.对于加速过程,由动能定理得:eU=…①
进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速运动,则有:L=υ0t…②
电子的加速度为:a=…③
偏转距离:y=…④
电子能飞出平行板的条件为:y≤…⑤
解①②③④⑤式得:U′≤=
=80V,
则要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加80V电压.
答:要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加80V电压
解析
解:在加速电压一定时,偏转电压U′越大,电子在极板间的偏转距离越大,当偏转电压大到使电子刚好从极板的边缘飞出时偏转电压最大.对于加速过程,由动能定理得:eU=…①
进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速运动,则有:L=υ0t…②
电子的加速度为:a=…③
偏转距离:y=…④
电子能飞出平行板的条件为:y≤…⑤
解①②③④⑤式得:U′≤=
=80V,
则要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加80V电压.
答:要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加80V电压
一带电粒子,经测量它的荷质比约为q/m=8×1011c/kg,从静止出发被1000V的电压加速,然后进入另一个电场强度为5×104N/m的匀强偏转电场,进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直.已知偏转电极长6cm,求:
(1)带电粒子离开加速电场时的速度?
(2)带电粒子在偏转电场中偏转的位移?
(3)带电粒子离开偏转电场时的速度?
正确答案
解:(1)在加速电场中,由动能定理得:
qU=mv2-0,解得:v=
,
代入数据解得:v=4×107m/s;
(2)粒子在偏转电场中做类平抛运动,
在水平方向:L=vt,
在竖直方向:y=at2=
t2,
代入数据解得:y=0.045m=4.5cm;
(3)在偏转电场中,由动能定理得:
qEy=mv′2-
mv2,解得:v′=
×107m/s;
答:(1)带电粒子离开加速电场时的速度为4×107m/s;
(2)带电粒子在偏转电场中偏转的位移为4.5cm.
(3)带电粒子离开偏转电场时的速度为×107m/s.
解析
解:(1)在加速电场中,由动能定理得:
qU=mv2-0,解得:v=
,
代入数据解得:v=4×107m/s;
(2)粒子在偏转电场中做类平抛运动,
在水平方向:L=vt,
在竖直方向:y=at2=
t2,
代入数据解得:y=0.045m=4.5cm;
(3)在偏转电场中,由动能定理得:
qEy=mv′2-
mv2,解得:v′=
×107m/s;
答:(1)带电粒子离开加速电场时的速度为4×107m/s;
(2)带电粒子在偏转电场中偏转的位移为4.5cm.
(3)带电粒子离开偏转电场时的速度为×107m/s.
如图所示,质量为m=5×10-8kg的带电粒子以v0=2m/s的速度从水平放置的平行金属板A、B中央飞入电场,已知板长L=10cm,板间距d=2cm,当AB间加电压UAB=103V时,带电粒子恰好沿直线穿过电场(设此时A板电势高),重力加速度取g=10m/s2
求:(1)粒子带电荷量为多少?
(2)A、B间所加电压为多少时,带电粒子刚好能从上极板右端飞出?
正确答案
解:(1)当AB间加电压UAB=103V时,带电粒子恰好沿直线穿过电场,可知带电粒子受到的重力和电场力是一对平衡力.由平衡条件有:
q=mg…①
得:q==
=1×10-11 C…②
(2)粒子飞越电场的时间为:
t==
s=0.05s
当带电粒子刚好能从上极板右端飞出时,竖直分位移是 y=,设加速度为a,则由运动学公式有:y=
at 2
得:a==8m/s2
对带电粒子进行受力分析,受重力和电场力作用,设此时的电场力为F,由牛顿第二定律有:
F-mg=ma
得:F=ma+mg=9×10-7N,
又有F=qE=q 以上各式联立得:U=1800V.
答:(1)粒子带负电,电荷量为1×10-11C.
(2)A、B间所加电压为1800V时,带电粒子刚好能从上极板右端飞出.
解析
解:(1)当AB间加电压UAB=103V时,带电粒子恰好沿直线穿过电场,可知带电粒子受到的重力和电场力是一对平衡力.由平衡条件有:
q=mg…①
得:q==
=1×10-11 C…②
(2)粒子飞越电场的时间为:
t==
s=0.05s
当带电粒子刚好能从上极板右端飞出时,竖直分位移是 y=,设加速度为a,则由运动学公式有:y=
at 2
得:a==8m/s2
对带电粒子进行受力分析,受重力和电场力作用,设此时的电场力为F,由牛顿第二定律有:
F-mg=ma
得:F=ma+mg=9×10-7N,
又有F=qE=q 以上各式联立得:U=1800V.
答:(1)粒子带负电,电荷量为1×10-11C.
(2)A、B间所加电压为1800V时,带电粒子刚好能从上极板右端飞出.
如图所示,一示波管偏转电极的长度L,两板间的电场是均匀的,大小为E(E的方向垂直管轴),一个电子以初速度v0沿管轴射入两板间,已知电子质量m,电荷量q.求:
(1)电子经过偏转电极后发生的偏移y;
(2)若偏转电极的边缘到荧光屏的距离D,求电子打在荧光屏上产生的光点偏离中心O的距离Y.
正确答案
解:水平方向有L=v0t,
竖直方向有y=at2=
t2,
得y=
偏转角正切值tanθ==
所以Y=y+Dtanθ=(+D)
答:(1)电子经过偏转电极后发生的偏移y;
(2)若偏转电极的边缘到荧光屏的距离D,求电子打在荧光屏上产生的光点偏离中心O的距离Y(+D)
解析
解:水平方向有L=v0t,
竖直方向有y=at2=
t2,
得y=
偏转角正切值tanθ==
所以Y=y+Dtanθ=(+D)
答:(1)电子经过偏转电极后发生的偏移y;
(2)若偏转电极的边缘到荧光屏的距离D,求电子打在荧光屏上产生的光点偏离中心O的距离Y(+D)
如图所示,匀强电场区域和匀强磁场区域是紧邻的,且宽度相等均为d,电场方向在纸平面内竖直向下,而磁场方向垂直于纸面向里,一带正电的粒子从O点以速度v0沿垂直电场方向进入电场,从A点出电场进入磁场,离开电场时带电粒子在电场方向的偏转位移为电场宽度的一半,当粒子从磁场右边界上C点穿出磁场时速度方向与进入电场O点时的速度方向一致,已知d、v0(带电粒子重力不计),求:
(1)粒子从C点穿出磁场时的速度大小v;
(2)电场强度E和磁感应强度B的比值.
正确答案
解:(1)粒子在电场中偏转时做类平抛运动,则
垂直电场方向d=v0t,
平行电场方向=
t
得vy=v0,到A点速度为v=v0
在磁场中速度大小不变,
故从C点出磁场时速度大小仍为v0
(2)在电场中偏转时,出A点时速度与水平方向成45°
vy=t=
,并且vy=v0
得E=
在磁场中做匀速圆周运动,如图所示
由几何关系得R=d
又qvB=,且v=
v0
得B=
解得=v0.
答:(1)粒子从C点穿出磁场时的速度大小v0;
(2)电场强度E和磁感应强度B的比值=v0.
解析
解:(1)粒子在电场中偏转时做类平抛运动,则
垂直电场方向d=v0t,
平行电场方向=
t
得vy=v0,到A点速度为v=v0
在磁场中速度大小不变,
故从C点出磁场时速度大小仍为v0
(2)在电场中偏转时,出A点时速度与水平方向成45°
vy=t=
,并且vy=v0
得E=
在磁场中做匀速圆周运动,如图所示
由几何关系得R=d
又qvB=,且v=
v0
得B=
解得=v0.
答:(1)粒子从C点穿出磁场时的速度大小v0;
(2)电场强度E和磁感应强度B的比值=v0.
扫码查看完整答案与解析