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题型:简答题
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简答题

如图所示,两带点平行板A、B间的电场为匀强磁场,场强为E=4.0×102V/m,两板相距d=0.16m,板长L=0.30m.一带电量q=1.0×10-16C、质量m=1.0×10-22kg的粒子沿平行于板方向从两板的正中间射入电场后向着B板偏转,并且恰好从B板的右边缘飞出,不计带电粒子所受重力,求:

(1)粒子带何种电荷;

(2)粒子飞入电场时的速度v0为多大;

(3)粒子飞入电场时速度偏角的正切值tanθ.

正确答案

解:(1)由于B板带负电,粒子向B板偏转,说明粒子带正电

(2)在粒子偏转到B板之前飞出电场.

竖直方向:

得:t=

水平方向:

所以要使粒子能飞出电场,粒子飞入电场时的速度v0至少为1.5×104m/s;

(3)设粒子飞出电场的最大偏角为θ,则有:

tanθ=

答:(1)粒子带正电;

    (2)要使粒子能飞出电场,粒子飞入电场时的速度v0至少为1.5×104m/s.

    (3)粒子飞出电场时的最大偏角正切值0.53.

解析

解:(1)由于B板带负电,粒子向B板偏转,说明粒子带正电

(2)在粒子偏转到B板之前飞出电场.

竖直方向:

得:t=

水平方向:

所以要使粒子能飞出电场,粒子飞入电场时的速度v0至少为1.5×104m/s;

(3)设粒子飞出电场的最大偏角为θ,则有:

tanθ=

答:(1)粒子带正电;

    (2)要使粒子能飞出电场,粒子飞入电场时的速度v0至少为1.5×104m/s.

    (3)粒子飞出电场时的最大偏角正切值0.53.

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题型:简答题
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简答题

(2015秋•仙游县校级期中)一束电子流在经U=5000V的加速电压加速后,在距两极板等距处以速度v0垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距d=1.0cm,板长l=5.0cm,

(1)当两极板所加电压一定时,电子能从平行板间飞出试证明电子的侧移量y与电子的电量m,质量q无关;

(2)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?

(3)要使电子能打在下板的中点A处,两个极板所加的电压?

正确答案

解:(1)在加速电压一定时,偏转电压U′越大,电子在极板间的偏转距离就越大,当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出,此时的偏转电压,即为题目要求的最大电压.

加速过程,由动能定理得:

eU=m…①

进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速运动:

l=υ0t…②

a==…③

偏转距离:y=at2 …④

联立①②③④解得:

y=

故电子的侧移量y与电子的电量m,质量q无关;

(2)电子能飞出的条件为:

y≤…⑤

解①②③④⑤式得:

U′≤==4.0×102V;

(3)要使电子能打在下板的中点A处,相当于极板长度L减小为一半,故:

U1===1.6×103V;

答:(1)电子的侧移量y与电子的电量m,质量q无关,证明如上;

(2)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加4.0×102V的电压?

(3)要使电子能打在下板的中点A处,两个极板所加的电压为1.6×103V.

解析

解:(1)在加速电压一定时,偏转电压U′越大,电子在极板间的偏转距离就越大,当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出,此时的偏转电压,即为题目要求的最大电压.

加速过程,由动能定理得:

eU=m…①

进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速运动:

l=υ0t…②

a==…③

偏转距离:y=at2 …④

联立①②③④解得:

y=

故电子的侧移量y与电子的电量m,质量q无关;

(2)电子能飞出的条件为:

y≤…⑤

解①②③④⑤式得:

U′≤==4.0×102V;

(3)要使电子能打在下板的中点A处,相当于极板长度L减小为一半,故:

U1===1.6×103V;

答:(1)电子的侧移量y与电子的电量m,质量q无关,证明如上;

(2)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加4.0×102V的电压?

(3)要使电子能打在下板的中点A处,两个极板所加的电压为1.6×103V.

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题型: 多选题
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多选题

如图在P板附近有电荷由静止开始向Q板运动,则以下正确的是(  )

A到达Q板的速率与板间距离和加速电压两个因素有关

B若板间电压U与电量q均变为原来的2倍,则到达Q板的速率变为原来的4倍

C两板间距离越大,加速的时间越长,加速度越小

D到达Q板的速率与板间距离无关

正确答案

C,D

解析

解:A、由动能定理得:qU=mv2-0,解得:v=,到达Q板时的动能和速率仅与加速电压U有关,与两极板间的距离无关,故A错误,D正确;

B、粒子到达Q板的速度:v=,若板间电压U与电量q均变为原来的2倍,则到达Q板的速率变为原来的2倍,故B错误;

C、由牛顿第二定律得:a=,由匀变速运动的速度位移公式得:d=at2,解得:t=d,m、q、U一定,则两板间距离越大,加速度越小,加速时间越长,故C正确;

故选:CD.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,水平放置的两块平行金属板长l=5cm,两板间距d=1cm,两板间电压为U=90V,且上板带正电,一个电子沿水平方向以速度v0=2.0×107m/s,从两板中央射入,电子电量q=1.6×10-19C,电子质量m=9.0×10-31mg.求:

(1)电子偏离金属板的侧位移y0是多少?

(2)电子飞出电场时的速度是多少?

(3)电子离开电场后,打在屏上的P点,若s=10cm,求OP的长.

正确答案

解:(1)竖直方向做匀加速直线运动,

根据电容器电压与电场的关系得:

E==9000V/m

F=Eq=9000×1.6×10-19=1.44×10-15N

又因为F=ma

所以a==1.6×1015m/s2

水平方向做匀速运动,

故t==2.5×10-9s

所以y==0.5cm

(2)竖直方向速度

所以v==2.03×107m/s

(3)从平行板出去后做匀速直线运动,水平和竖直方向都是匀速运动,

水平方向:

竖直方向PM=v1t1=0.02m

PO=PM+MO=PM+y=0.025m

答:(1)电子偏离金属板时的侧位移是0.5cm;

(2)电子飞出电场时的速度是2.03×107m/s;

(3)电子离开电场后,打在屏上的P点,若S=10cm,OP的长为0.025m

解析

解:(1)竖直方向做匀加速直线运动,

根据电容器电压与电场的关系得:

E==9000V/m

F=Eq=9000×1.6×10-19=1.44×10-15N

又因为F=ma

所以a==1.6×1015m/s2

水平方向做匀速运动,

故t==2.5×10-9s

所以y==0.5cm

(2)竖直方向速度

所以v==2.03×107m/s

(3)从平行板出去后做匀速直线运动,水平和竖直方向都是匀速运动,

水平方向:

竖直方向PM=v1t1=0.02m

PO=PM+MO=PM+y=0.025m

答:(1)电子偏离金属板时的侧位移是0.5cm;

(2)电子飞出电场时的速度是2.03×107m/s;

(3)电子离开电场后,打在屏上的P点,若S=10cm,OP的长为0.025m

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题型:简答题
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简答题

如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在Oxy平面的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场Ⅰ和Ⅱ,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计电子重力)电子电荷量为-e.

(1)在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求电子离开ABCD区域的位置.

(2)在电场Ⅰ区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置.

(3)若电子从(2)问求出位置中的某个位置出发,使电子出电场Ⅱ时动能最小,求释放的位置及电子出电场Ⅱ时最小动能为多少?.

正确答案

解:(1)电子在电场I中做匀加速直线运动,

由动能定理得:

此后在电场II中做类平抛运动,

出射点纵坐标为y,有:

解得:y=,即电子离开ABCD区域的位置坐标为(-2L,);

(2)设释放点在电场区域I中,其坐标为(x,y),

在电场I中电子被加速到v1,由动能定理得:

此后进入电场II做类平抛运动,

解得:xy=,即在电场I区域内满足条件的点即为所求位置.

(3)电子在两个电场中电场力均做功,动能为标量,出电场时动能最小,即:△Ek=△EkⅠ+△EkⅡ最小,则两者和最小.

根据功能关系:在电场Ⅰ中,动能的增量为:△EkⅠ=W=Fx=Eex,在电场Ⅱ中动能的增量为:△EkⅡ=W=Fy=Eey

总的动能变化量:△Ek=Eex+Eey=Ee(x+y),即x+y整体最小,又因为:xy=,当x=y时,xy的和最小,

即x=y=,△Ek最小,最小值为:△Ek=EeL.

答:(1)电子离开ABCD区域的位置为(-2L,);

(2)释放点的位置满足xy=

(3)最小动能为EeL.

解析

解:(1)电子在电场I中做匀加速直线运动,

由动能定理得:

此后在电场II中做类平抛运动,

出射点纵坐标为y,有:

解得:y=,即电子离开ABCD区域的位置坐标为(-2L,);

(2)设释放点在电场区域I中,其坐标为(x,y),

在电场I中电子被加速到v1,由动能定理得:

此后进入电场II做类平抛运动,

解得:xy=,即在电场I区域内满足条件的点即为所求位置.

(3)电子在两个电场中电场力均做功,动能为标量,出电场时动能最小,即:△Ek=△EkⅠ+△EkⅡ最小,则两者和最小.

根据功能关系:在电场Ⅰ中,动能的增量为:△EkⅠ=W=Fx=Eex,在电场Ⅱ中动能的增量为:△EkⅡ=W=Fy=Eey

总的动能变化量:△Ek=Eex+Eey=Ee(x+y),即x+y整体最小,又因为:xy=,当x=y时,xy的和最小,

即x=y=,△Ek最小,最小值为:△Ek=EeL.

答:(1)电子离开ABCD区域的位置为(-2L,);

(2)释放点的位置满足xy=

(3)最小动能为EeL.

下一知识点 : 带电粒子在电场中的偏转
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