- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图,a、b、c、d是某匀强电场中的四个点,它们正好是一个矩形的四个顶点,ab=cd=L,ad=bc=2L,电场线与矩形所在平面平行.已知a点电势为20V,b点电势为24V,d点电势为12V.一个质子从b点以v0的速度射入此电场,入射方向与bc成45°,一段时间后经过c点.不计质子的重力.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在匀强电场中,沿着电场线方向每前进相同的距离,电势变化相等,故Ua-Ud=Ub-Uc,解得Uc=16V,故A正确.
B、设ad连线中点为o,则其电势为16V,故co为等势面,电场线与等势面垂直,则电场线沿着bo方向,故B错误.
C、由上可知,电场线沿着bo方向,质子从b运动到c做为在平抛运动,垂直于bo方向做匀速运动,位移大小为x=2L×=
,则运动时间为
,故C正确.
D、根据W=qU,质子从b点运动到c点,电场力做功为W=qUbc=1e×(24V-16V)=8eV,故D正确.
故选:ACD.
一束由不同种正离子组成的粒子流以相同的速度,从同一位置沿垂直于电场方向射入匀强电场中,所有离子的轨迹都是一样的,这说明所有粒子( )
正确答案
解析
解:粒子在偏转电场中的偏转位移为:y==
,
因为E、L、v0相同,偏转位移相同,可知粒子的比荷相同.故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
有个演示实验,在上下面都是金属板的玻璃盒内,放了许多用锡箔纸揉成的小球,当上下板间加上电压后,小球就上下不停地跳动.现取以下简化模型进行定量研究.
如图所示,电容量为C的平行板电容器的极板A和B水平放置,相距为d,与电压为U、内阻可不计的电源相连.设两板之间只有一个质量为m的导电小球,小球可视为质点.已知:若小球与极板发生碰撞,则碰撞后小球的速度立即变为零,带电状态也立即改变,改变后,小球所带电荷符号与该极板相同,电量为极板电量的α倍(α<<1).不计带电小球对极板间匀强电场的影响.重力加速度为g.
(1)欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动,电压U至少应大于多少?
(2)设上述条件已满足,小球从上极板开始向下运动为计时开始,在较长的时间间隔T内小球做了很多次往返运动.求在T时间内小球往返运动的次数以及通过电源的总电量.
正确答案
解:(1)用Q表示极板电荷量的大小,q表示碰后小球电荷量的大小.
要使小球能不停地往返运动,小球所受的向上的电场力至少应大于重力,
则:q>mg,其中:q=αQ,电荷量:Q=CU,解得:U>
;
(2)当小球带正电时,小球所受电场力与重力方向相同,向下做加速运动.
以a1表示其加速度,t1表示从A板到B板所用的时间,
则有:q+mg=ma1,d=
a1t12,
当小球带负电时,小球所受电场力与重力方向相反,向上做加速运动,
以a2表示其加速度,t2表示从B板到A板所用的时间,
则有:q-mg=ma2,d=
a2t22,
小球往返一次共用时间为(t1+t2),故小球在T时间内往返的次数:
n=,由以上关系式解得:n=
,
小球往返一次通过的电量为2q,
在T时间内通过电源的总电量Q‘=2qn
由以上两式可得:Q'=;
答:(1)欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动,电压U至少应大于;
(2)在T时间内小球往返运动的次数为,通过电源的总电量为:
.
解析
解:(1)用Q表示极板电荷量的大小,q表示碰后小球电荷量的大小.
要使小球能不停地往返运动,小球所受的向上的电场力至少应大于重力,
则:q>mg,其中:q=αQ,电荷量:Q=CU,解得:U>
;
(2)当小球带正电时,小球所受电场力与重力方向相同,向下做加速运动.
以a1表示其加速度,t1表示从A板到B板所用的时间,
则有:q+mg=ma1,d=
a1t12,
当小球带负电时,小球所受电场力与重力方向相反,向上做加速运动,
以a2表示其加速度,t2表示从B板到A板所用的时间,
则有:q-mg=ma2,d=
a2t22,
小球往返一次共用时间为(t1+t2),故小球在T时间内往返的次数:
n=,由以上关系式解得:n=
,
小球往返一次通过的电量为2q,
在T时间内通过电源的总电量Q‘=2qn
由以上两式可得:Q'=;
答:(1)欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动,电压U至少应大于;
(2)在T时间内小球往返运动的次数为,通过电源的总电量为:
.
如图所示,平行金属板内有一匀强电场,一个电量为q、质量为m的带电粒子(重力不计)以速度v0从A点水平射人电场,且刚好以速度v从B点射出,则( )
正确答案
解析
解:带电粒子从A点垂直进入电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,速度大小为v0,运动时间为t=,l是板长.
A、若将粒子以速度-v0从B点射人电场,粒子水平做匀速直线运动,速度大小小于v0,运动时间大于,竖直方向做匀减速直线运动,加速度没有变化,由于竖直方向分速度小于
,粒子没有到达A点速度就减为零,所以粒子到不了A点.故A错误.
B、若该粒子以速度-v从B点射人电场,竖直方向做匀减速直线运动,加速度没有变化,竖直方向初速度分量等于,竖直方向运动的位移相等,水平方向运动时间没有变化,所以将刚好从A点射出,速度方向与v0方向相反.从A到B电场力做功等于动能的增加,从B到A,粒子克服电场力做功等于动能的减小量,电场力做功的数值相等,所以动能的变化量大小相等,则粒子到达A点时速度大小为v0.故B正确.
C、若将q的反粒(-q,m)以速度-v0从B点射入电场,其加速度与正粒子大小相等、方向相反,水平方向运动时间相等,竖直方向做匀加速直线运动,位移大小不变,粒子刚好到达A点,而且到达A点时竖直方向分速度大小不变,根据运动的合成可知,到达A点的速度等于-v.故C正确.
D、若将q的反粒子(-q,m)以速度-v从B点射入电场,粒子运动时间不变.竖直方向做匀加速直线运动,若偏转距离相同时,竖直分速度大于,射出电场时速度大于v0,不可能到达A点.故D错误.
故选BC
如图所示,水平放置的A、B两平行板相距h,上板A带正电.现有质量为m、带电量为+q的小球在B板下方距离为H处,初速度v0竖直向上,欲使小球刚好打到A板,A、B间电势差UAB.
正确答案
解:小球刚好打到A板时,速度恰好为零,
对整个过程,由动能定理得:
-mg(H+h)-qUAB=0-mv02,
解得,UAB=;
答:A、B板间的电势差是.
解析
解:小球刚好打到A板时,速度恰好为零,
对整个过程,由动能定理得:
-mg(H+h)-qUAB=0-mv02,
解得,UAB=;
答:A、B板间的电势差是.
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