- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
微粒的轨迹所在平面及圆心O的位置.
正确答案
圆心离点电荷的距离为
微粒做圆周运动的轨迹在水平面内,且圆心O在点电荷的正下方,设圆心离点电荷的距离为H. (2分)
对于微粒受力分析如图所示,由牛顿第二定律得
① (6分)
由几何知识得:R=Htanα ② (2分)
由①②得: (2分)
(1)微粒从A到P所经历的时间和加速度的大小;
(2)求出微粒到达P点时速度方向与x轴正方向的夹角,并画出带电微粒在电、磁场中
由A至Q的运动轨迹;
(3)电场强度E和磁感强度B的大小.
正确答案
(1)0.05s m/s2
(2)
(3)
(1)微粒从平行轴正方向射入电场区域,由A到P做类平抛运动,微粒沿
轴方向做匀速直线运动
(2分)
微粒沿轴方向做初速度为零的
匀加速直线运动
m/s2 (3分)
(2)
(3分)
轨迹如图 (2分)
(3)
(2分)
设微粒从P点进入磁场以速度做匀速圆周运动
(1分)
由 得
(1分)
有几何关系 (2分)
T (2分)
(16分)如图所示,电子自静止开始经M、N板间的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中,两板间的电压为U,电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L,在距离磁场边界S处有屏幕N, 电子射出磁场后打在屏上。(已知电子的质量为m,电荷量为e)求:
(1)电子进入磁场的速度大小
(2)匀强磁场的磁感应强度
(3)电子打到屏幕上的点距中心O点的距离是多少?
正确答案
(1)(2)
(3) ON=L+
试题分析:(1)作电子经电场和磁场中的轨迹图,如下图所示
(2)设电子在M、N两板间经电场加速后获得的速度为v,由动能定理得:
①
V=
(3)电子进入磁场后做匀速圆周运动,设其半径为r,则:
②
由几何关系得: ③
联立求解①②③式得:
ON=L+
点评:难度中等,电场力做功公式W=qU求解,求得初速度后,进入磁场,先找圆心,后求半径,利用洛仑兹力提供向心力求解
(1) 求粒子从电场中飞出时的侧向位移为h
(2) 求粒子穿过界面PS时偏离中心线OR的距离为y
(3)求粒子从匀强电场中飞出时的速度v
(4)求粒子刚进入点电荷的电场时速度与其电场线的夹角ß
(5)求点电荷的电量Q。
(6)若在界面PS处放一荧光屏,在两板上改加如图所示的随时间变化的电压。则由于视觉暂留和荧光物质的残光特性,则电子打在荧光屏上后会形成一个什么图形?其范围如何?
正确答案
(1)3cm (2)12cm (3)
(4)ß=900(5)1.04×10-8C(6)在荧光屏上形成一条亮线 0.12m
(1)设粒子从电场中飞出时的侧向位移为h,
则: (1分)
即:
(1分)
代入数据,解得: h=0.03m=3cm (1分)
(2)设穿过界面PS时偏离中心线OR的距离为y ,由带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动,由相似三角形知识得:
(1分)
代入数据,解得: y=0.12m=12cm (1分)
(3)设粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为vy,
则:vy=at=
代入数据,解得: vy=1.5×106m/s (1分)
所以粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为:
(1分)
设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为θ,则:
(1分)
(4)粒子刚进入点电荷的电场时速度与其电场线的夹角ß=900 (1分)
(5)设点电荷的电量Q。
因为粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏上,所以该带电粒子在穿过界面PS后将绕点电荷Q作匀速圆周运动,其半径与速度方向垂直。
匀速圆周运动的半径: (1分)
由: (2分)
代入数据,解得:Q=1.04×10-8C (1分)
(6)因为每个电子穿过偏转电场的时间极短,所以其中任意一个电子都在偏转电场中做类平抛运动。由(2)问结果知,其侧移量与对应的电压成正比。又因为电子是连续发射,所以会在荧光屏上形成一条亮线,其长度为:y=0.12m (2分)
如图所示,在固定的水平绝缘平板上有A、B、C三点,B点左侧的空间存在着场强大小为E,方向水平向右的匀强电场,在A点放置一个质量为m,带正电的小物块,物块与平板之间的动摩擦因数为μ,若物块获得一个水平向左的初速度v0之后,该物块能够到达C点并立即折回,最后又回到A点静止下来。求:
(1)此过程中物块所走的总路程s有多大?
(2)若进一步知道物块所带的电量是q,那么B、C两点之间的距离是多大?
正确答案
(1)对全程应用动能定理有:
μmgS=mv S =
v/μg
(2)设B、C两点之间的距离是 l,对于小物块从A→C的过程应用
动能定理有 μmgS/2 + qEl = mv l=
mv/qE
略
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