- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
两个正点电荷Q1=Q和Q2=4Q分别置于固定在光滑绝缘水平面上的A、B两点,A、B两点相距L,且A、B两点正好位于水平放置的光滑绝缘半圆细管两个端点的出口处,如图所示。
小题1:现将另一正点电荷置于A、B连线上靠近A处静止释放,求它在AB连线上运动过程中达到最大速度时的位置离A点的距离。
小题2:若把该点电荷放于绝缘管内靠近A点处由静止释放,已知它在管内运动过程中速度为最大时的位置在P处。试求出图中PA和AB连线的夹角θ。
正确答案
小题1:x=
小题2:θ=arctan
小题1:正点电荷在A、B连线上速度最大处对应该电荷所受合力为零,即
(4分)
x= (4分)
小题2:点电荷在P点处如其所受库仑力的合力沿OP方向,则它在P点处速度最大,即此时满足
tanθ= (6分)网
即得θ=arctan (2分)
如果在示波器偏转电极XX'和YY'上都没加电压,电子束从金属板小孔射出后将沿直线运动,打在荧光屏上,在那里产生一个亮斑.如果在偏转电极XX'上不加电压,只在偏转电极YY'上加电压,电子在偏转电极YY'的电场中发生偏转,离开偏转电极YY'后沿直线前进,打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生位移y',如图乙所示.
(1)设偏转电极YY'上的电压为U、板间距离为d,极板长为l1,偏转电极YY'到荧光屏的距离为l2.电子所带电量为e、质量为 m,以v0的速度垂直电场强度方向射入匀强电场,如图乙所示.试求y'=?
(2)设电子从阴极射出后,经加速电场加速,加速电压为U;从偏转电场中射出时的偏移量为y.在技术上我们把偏转电场内单位电压使电子产生的偏移量(即y/U)称为示波管的灵敏度φ,试推导灵敏度的表达式,并提出提高灵敏度可以采用的方法.
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)根据几何知识可知y'=y+l2tanθ
电子在电场中运动的时间
偏移量
设偏转角度为θ,则
所以有
即
(2)电子在加速电场加速后,有
得
电子在YY'内的加速度为,
电子在YY'内运动的时间:
所以,偏转位移
根据灵敏度的定义
根据的表达式可知,要提高示波管的灵敏度,可增加偏转电极的长度、减小偏转电极间距离或减小电子枪的加速高压.
(2)电子打到荧光屏上的位置P偏离荧光屏中心O的距离OP;
(3)若撤去M、N间的电压U2,而在两平行板中的圆形区域内(如图b所示)加一磁感应强度为B=0.001T的匀强磁场,圆形区域的中心正好就是两平行板空间部分的中心,要使电子通过磁场后仍打在荧光屏上的P点处,圆形区域的半径r为多少?(结果中可含有反三角函数)
正确答案
(1)(2)7cm(3)1.14cm
(1)
∴
(6分)
(2) (6分)
(3)∵ ∴
(2分)
(6分)
质量为m=1.0kg、带电量q=+2.5×10-4C的小滑块(可视为质点)放在质量为M=2.0kg的绝缘长木板的左端,木板放在光滑水平面上,滑块与木板之间的动摩擦因数为μ=0.2,木板长L=1.5m,开始时两者都处于静止状态,所在空间加有一个方向竖直向下强度为E= 4.0×104N/C的匀强电场,如图所示.取g=10m/s2,试求:
⑴用水平力F拉小滑块,要使小滑块与木板以相同的加速度一起运动,力F应满足什么条件?
⑵若刚开始时给小滑块一个水平向右瞬时冲量I,小滑块刚好没有滑离木板,则I为多少?此过程中小滑块相对地面的位移s为多少?
正确答案
(1) (2) 2m
(1)由题意可知:
m 、M之间的最大静摩擦力f=μ(mg+qE)=4N (2分)
m 、M一起运动的最大加速度 (2分)
(2分)
(2分)
⑵(
S=2m
(10分)如图所示,在xOy坐标系中,x轴上N点到O点的距离是12cm,虚线NP与x轴负向的夹角是30°.第Ⅰ象限内NP的上方有匀强磁场,磁感应强度B=1T,第IV象限有匀强电场,方向沿y轴正向.一质量m=8×10-10kg.电荷量q=1×10-4C带正电粒子,从电场中M(12,-8)点由静止释放,经电场加速后从N点进入磁场,又从y轴上P点穿出磁场.不计粒子重力,取=3
求:
(1)粒子在磁场中运动的速度v;
(2)粒子在磁场中运动的时间t;
(3)匀强电场的电场强度E.
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)粒子在磁场中的轨迹如图,由几何关系,得粒子做圆周运动的轨道半径 ①
由得
②
(2)粒子在磁场中运动轨迹所对圆心角为120°,则有③
(3)由得
评分标准:本题共10分,每式2分,正确作出轨迹、圆心各1分
点评:本题难度中等,首先应根据粒子所受洛仑兹力的方向判断运动轨迹,按照先找圆心后求半径的思路求解
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