- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
如图所示,空间存在一匀强电场,其方向与水平方向间的夹角为30°,A、B与电场垂直,一质量为m,电荷量为q的带正电小球以初速度v0从A点水平向右抛出,经过时间t小球最终落在C点,速度大小仍是v0,且AB=BC,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由题意可知,小球在下落过程中动能不变,而重力做正功,则电场力做负功,而小球带正电,故电场线应斜向下;故A错误;
B、由动能定理可知,mgABsin60°=EqBCsin60°
解得:E=;故B错误;
C、将电场力分解为沿水平方向和竖直方向,则有竖直分量中产生的电场力F=E′q=mgcos60°=;则物体在竖直方向上的合力F合=mg+
=
;,则由牛顿第二定律可知,竖直方向上的分加速度ay=
;则下落高度h=
ayt2=
;故C错误;
D、此过程中电场力做负功,电势能增加,由几何关系可知,小球在沿电场线的方向上的位移x=;则电势能的增加量E=Eqx=
;故D正确;
故选:D.
图示是电视机显像管内部的构造示意图.在A、B两极间加上电压便形成加速电场,在C、D两端加上电压便形成偏转磁场,紧靠着偏转磁场是偏转电极E、F,在E、F两极上电压便形成偏转电场.当A、B两极间加上电压而C、D和E、F均不接电压时,从加速电场中电子以速度v0沿水平直线MN运动而垂直打在竖直平面内的荧光屏的中心O点.若在C、D两端加上某恒定电压后所形成的匀强磁场的磁感应强度为B=
(L0为常量),在E、F两极间加上某恒定电压后所形成的匀强电场的电场强度为E=
,此时电子将打在荧光屏上的Q点(图中未标出).若以荧光屏中心O点为原点建立如图所示的xOy直角坐标系,偏转磁场沿MN方向上的宽度为L1=0.6L0,偏转电场沿MN方向上的宽度为L2=0.8L0,偏转电场右侧边缘到荧光屏的水平距离为d=0.8L0,电子从偏转磁场射出后立即进入偏转电场,且从偏转电场右侧边界射出,电子的质量为m、电荷量为e.求:
(1)加速电场的电压U(以m、e和v0表示)
(2)Q点的坐标(x,y)(以L0表示)
(3)电子打在荧光屏上的速度(以v0表示).
正确答案
解:(1)电子加速电场中运动时,由动能定理,有:
eU=
解得:U=.
(2)若从上向下看,偏转磁场和偏转电场的分布情况如图(a)所示,电子在磁场中做圆周运动的半径为:
R==
=L0;
设电子通过偏转磁场后其水平方向的侧移量为x1,而偏转角为α,则:x1=R-=0.2L0;
tanα==
电子进入偏转电场,以及从偏转电场边界到荧光屏的运动过程中,其x方向的分运动是匀速直线运动,则有:
x2=(L2+d)tanα=1.2L0;
若正面看,偏转电场分布如图(b)所示,电子在偏转电场中沿y轴y方向运动的加速度为:a==
电子在偏转电场中沿y方向的偏移量为:
y1==0.5L0;
电子从偏转电场右侧边界到荧光屏的运动过程中,沿y方向的偏移量为:
y2=vyt=L0;
所以可得Q点的坐标分别为:
x=-(x1+x2)=-1.4L0;
y=y1+y2=1.5L0;
即Q点的坐标为(-1.4L0,1.5L0)
(3)电子打在荧光屏上时速度大小为:
v==
速度方向与水平方向的夹角为:θ==45°
解析
解:(1)电子加速电场中运动时,由动能定理,有:
eU=
解得:U=.
(2)若从上向下看,偏转磁场和偏转电场的分布情况如图(a)所示,电子在磁场中做圆周运动的半径为:
R==
=L0;
设电子通过偏转磁场后其水平方向的侧移量为x1,而偏转角为α,则:x1=R-=0.2L0;
tanα==
电子进入偏转电场,以及从偏转电场边界到荧光屏的运动过程中,其x方向的分运动是匀速直线运动,则有:
x2=(L2+d)tanα=1.2L0;
若正面看,偏转电场分布如图(b)所示,电子在偏转电场中沿y轴y方向运动的加速度为:a==
电子在偏转电场中沿y方向的偏移量为:
y1==0.5L0;
电子从偏转电场右侧边界到荧光屏的运动过程中,沿y方向的偏移量为:
y2=vyt=L0;
所以可得Q点的坐标分别为:
x=-(x1+x2)=-1.4L0;
y=y1+y2=1.5L0;
即Q点的坐标为(-1.4L0,1.5L0)
(3)电子打在荧光屏上时速度大小为:
v==
速度方向与水平方向的夹角为:θ==45°
如图所示,半径为R的环形塑料管竖直放置,AB直线跟该环的水平直径重合,且管的内径远小于环的半径.AB及其以下部分处于水平向左的匀强电场中,管的内壁光滑.现将一质量为m,带电量为+q的小球从管中A点由静止释放,小球受到的电场力跟重力相等,则以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、根据题意,小球从A第一次运动到C的过程:
mg(-R)+qE(2R)=
小球第一次在C点,有:mg+FNC=m
据题有 qE=mg
联立解得:FNC=mg,据牛顿第二定律知小球第一次达到最高点C时对管壁压力为mg,故AB错误.
C、小球释放后,从A到第一次经过最低点D过程,有 mgR+qER=
在D点,有:FND-mg=m,解得FND=5mg,则小球第一次经过最低点D时对管壁的压力为5mg,所以第一次经过最低点D和最高点C时对管壁的压力之比为5:1,故C正确.
D、小球运动过程中,当电场与重力的合力方向沿径向向外时,速度最大,由于电场力与重力大小相等,可知当小球运动到BD段圆弧中点时速度最大,故D错误.
故选:C.
如图,电荷量为q,质量为m的带正电粒子(不计重力)从静止被电压为U1加速电场加速后,垂直进入电压U2的偏转电场,且飞出偏转电场,已知偏转电场平行板电极长为L,两极板间距为d.
求:①带电粒子沿垂直于偏转电场极板方向偏移的距离y
②带电粒子速度偏转的角度θ的正切值tanθ
正确答案
解:①带电粒子在加速电场中运动的过程中,只有电场力做功W=qU,根据动能定理得:
qU1=mv02
解得:v0=
偏转电场的场强:E=
则带电粒子所受的电场力:F=qE=
根据牛顿第二定律:qE=ma
解得:a=
带电粒子在偏转电场中做类平抛运动,竖直方向初速度为零的匀加速直线运动,所以:y=at2=
×
=
;
②竖直方向上的速度vy=at=×
所以带电粒子离开偏转电场时的偏转角θ的正切值tanθ==
又因为qU1=mv02
解得:tanθ=;
答:
①带电粒子沿垂直于偏转电场极板方向偏移的距离y为.
②带电粒子速度偏转的角度θ的正切值tanθ为.
解析
解:①带电粒子在加速电场中运动的过程中,只有电场力做功W=qU,根据动能定理得:
qU1=mv02
解得:v0=
偏转电场的场强:E=
则带电粒子所受的电场力:F=qE=
根据牛顿第二定律:qE=ma
解得:a=
带电粒子在偏转电场中做类平抛运动,竖直方向初速度为零的匀加速直线运动,所以:y=at2=
×
=
;
②竖直方向上的速度vy=at=×
所以带电粒子离开偏转电场时的偏转角θ的正切值tanθ==
又因为qU1=mv02
解得:tanθ=;
答:
①带电粒子沿垂直于偏转电场极板方向偏移的距离y为.
②带电粒子速度偏转的角度θ的正切值tanθ为.
如图所示,平行板电容器AB两极板水平放置,A在上方,B在下方,现将其和二极管串连接在电源上,已知A和电源正极相连,二极管具有单向导电性,一带电小球从AB间的某一固定点水平射入,打在B极板上的N点,小球的重力不能忽略,现通过上下移动A板来改变两极板AB间距(两极板始终平行),则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
A、若小球带正电,当d增大时,电容减小,但Q不可能减小,所以Q不变,根据E==
=
,E不变所以电场力不变,小球仍然打在N点.故A错误.
B、若小球带正电,当d减小时,电容增大,Q增大,根据E==
=
,所以d减小时E增大,所以电场力变大向下,小球做平抛运动竖直方向加速度增大,运动时间变短,打在N点左侧.故B正确.
C、若小球带负电,当AB间距d减小时,电容增大,则Q增大,根据E==
=
,所以d减小时E增大,所以电场力变大向上,若电场力小于重力,小球做类平抛运动竖直方向上的加速度减小,运动时间变长,小球将打在N点的右侧.故C正确.
D、若小球带负电,当AB间距d增大时,电容减小,但Q不可能减小,所以Q不变,根据E==
=
,E不变所以电场力大小不变,小球做类平抛运动竖直方向上的加速度不变,运动时间不变,小球仍落在N点.故D错误.
故选:BC.
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