- 带电粒子在电场中的加速
- 共3430题
右图中A和B表示在真空中相距为d的两平行金属板加上电压后,它们之间的电场可视为匀强电场;右边表示一周期性的交变电压的波形,横坐标代表时间t,纵坐标代表电压UAB,从t=0开始,电压为给定值U0,经过半个周期,突然变为-U0……。如此周期地交替变化。在t=0时刻将上述交变电压UAB加在A、B两极上,求:
(1)在t=0时刻,在B的小孔处无初速地释放一电子,在t=3T/4时电子的速度大小?(一个周期内电子不会打到板上,T作为已知)
(2) 在t=?时刻释放上述电子,在一个周期时间,该电子刚好回到出发点?试说明理由并具备什么条件。
(3)在t=0时刻,在B的小孔处无初速地释放一电子,要想使这电子到达A板时的速度最小(零),则所加交变电压的周期为多大?
(4)在t=0时刻,在B的小孔处无初速地释放一电子,要想使这电子到达A板时的速度最大,则所加交变电压的周期最小为多少?
正确答案
(1) (2)
(3) T=
(n=1,2,3,…) (4)
电子在两极板间运动的V-t图象如右图所示。
(1) (4分)
(2)在时刻释放电子,经过一个周期,电子刚回到出发点。条件是在半个周期即从(
~
)时间内,电子的位移小于d,亦即频率T≤
。(6分)
(3)由电子在电场中运动时的受力情况及速度变化情况可知:要求电子到达A板的速度为零,则电子应该在t=nT(n=1,2,3,…)时刻到达A板,电子在每个内通过的位移为:
S=×
×(
)2 ③
依题意知:d=n(2S)
综合③、可得:T=
(n=1,2,3,…)。(6分)
(4)要求电子到达A板的速度最大,则电子应该从B板一直加速运动到A板,即电子从B板加速运动到A板所用时间必须满足:t≤ ①
依题意知:S=×
×t2=d ②
综合①、②可得:Tmin=。(6分
(8分)在如图所示的匀强电场中,沿电场线方向有A、B两点,A、B两点间的距离x="0.10" m。一个电荷量C的点电荷所受电场力的大小
N。 求:
(1)电场强度E的大小;
(2)将该点电荷从A点移至B点的过程中,电场力所做的功W。
正确答案
解:
(1)电场强度E的大小
(2)电场力所做的功
略
(8分)一个电子以v0=4×107m/s的速度,方向与电场方向相同,射入电场强度E=2×105V/m的匀强电场中,如图所示,已知电子电量-e=-1.6×10-19C,电子质量m=9.1×10-31kg.。试求:
(1)从电子的入射点到达速度为0之点的两点间电势差是多少? 两点间距离是多少?
(2)电子速度减小为0所需的时间是多少?
正确答案
(1),0.2m;(2)
。
(1) ,
;
,
(2)
本题考查电荷在电场中的加速,在电场中运动时,由电场力做功eU和动能定理可求得电势差大小,再由U=Ed可求得两点之间距离,由电场力提供加速度,粒子做匀加速直线运动,由v=at可求得运动时间
在光滑水平面上有一质量m=1.0×10—3kg、电量q=1.0×10—10C的带正电小球,静止在O点,以O点为原点,在该水平面内建立直角系坐标系oxy,现突然加一沿X轴负方向、场强大小E=2.0×106V/m的匀强电场,使小球开始运动,经过2.0s,所加电场突然变为沿y轴负方向,场强大小仍为E=2.0×106V/m的匀强电场,再经过2.0s,所加电场又突然变为另一个匀强电场,使小球在此电场作用下经2.0s,速率变为零,求此电场的大小及方向及速度变为零时小球的位置坐标。
正确答案
X=-1.6m,Y=-0.8m
在匀强电场 球的加速度a=0.2m/s2c (3 分)
场强沿X负方向时经达2秒速度大小:Vx="at=0.4m/s" ,方向:X负方向 (3 分)
球沿X负方向移动距离:S1="0.4m(3" 分)
场强沿X负方向时,小球作类平抛运动,X方向移动距离为:X2=Vx t=0.8m Y1="0.4m(3" 分)
4S后,所加电场的方向应与此时速度方向相反,电场方向指向第一象限,与X轴正方向成45°角,
第3个2秒内运动距离为:X3="0.4m," Y2=0.4m 位置坐标为:X=-1.6m,Y=-0.8m(3分)
本题考查带电粒子在电场中的加速,画出坐标系有利于分析粒子的运动过程,在x轴方向由电场力提供加速度,由牛顿第二定律可求得加速度大小,再由公式v=at可求得2s末沿x轴方向的分速度,当电场变为沿y轴方向后粒子做类平抛运动,由平抛运动规律可求得y轴位移和x轴位移,如果要粒子速度减小到零需加与速度方向相反的电场,由运动规律可求得加速度大小,再由牛顿第二定律可求得场强大小
如图所示,PQ、MN两极板间存在匀强电场,两极板间电势差为U、间距为d,MN极板右侧虚线区域内有垂直纸面向内的匀强磁场.现有一初速度为零、带电量为q、质量为m的离子从PQ极板出发,经电场加速后,从MN上的小孔A垂直进入磁场区域,并从C点垂直于虚线边界射出.求:
(1)离子从小孔A射出时速度v0;
(2)离子带正电还是负电?C点离MN板的距离?
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)由动能定理得:qU=
解得离子从小孔A射出时速度v0=
(2)由左手定则可知离子带负电.离子进入磁场后,洛仑兹力提供向心力,由牛顿第二定律:qv0B=
解得:r==
所以C点离MN板的距离为
点评:本题难度较小,在电场中的加速由公式W=qU求解粒子速度,带电粒子在匀强磁场中做的是匀速圆周运动,先找圆心后求半径
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