- 带电粒子在匀强电场中的运动
- 共205题
23.如图甲所示,A、B表示真空中水平放置的相距为d的平行金属板,长为L,两板加电压后板间可视为匀强电场,图乙表示一个周期性变化的交变电压。t=0时,将图乙中交变电压加在A、B两板上,此时恰好有一个质量为m、电荷量为q的粒子在两板中央沿平行两板中线以速度v0射入电场(忽略粒子的重力)。若此粒子离开电场时恰能以平行A、B两板的速度飞出。
求:
(1)A、B两板上所加交变电压的频率应满足的条件;
(2)该交变电压U0的取值范围。
正确答案
解析:(1)由于粒子水平方向匀速运动,故穿过两板时间为t=。离开电场时恰能以平行A、B两板的速度飞出,则竖直速度分量为零,则它在电场中运动时间必为交变电压周期的整数倍,即t=nT(n=1,2,3,…)
交变电压的频率应为f==
(其中,n=1,2,3,……)
(2)一个周期内,粒子的侧向位移为
欲刚好不打在板上且水平射出,必须≥ny
所以得U0≤ (n=1,2,3,…)。
解析
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知识点
16.如图,水平放置的平行板电容器,原两极板不带电,上极板接地,它的极板长L=0.1 m,两极板间距离d=0.4 cm.有一束相同微粒组成的带电粒子流从两板中央平行于极板射入,由于重力作用微粒落到下板上.已知微粒质量为m=2×10-6 kg,电荷量为q=+1×10-8 C,电容器电容为C=10-6 F,g 取10 m/s2,求:
(1)为使第一个微粒的落点范围在下极板中点到紧靠边缘的B点之内,则微粒入射速度v0应为多少?
(2)若带电粒子落到AB板上后电荷全部转移到极板上,则以上述速度射入的带电粒子最多能有多少个落到下极板上?
正确答案
解析
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知识点
21.如图所示,在电子枪右侧依次存在加速电场,两水平放置的平行金属板和竖直放置的荧光屏。加速电场的电压为U1。两平行金属板的板长、板间距离均为d。荧光屏距两平行金属板右侧距离也为d。电子枪发射的质量为m、电荷量为–e的电子,从两平行金属板的中央穿过,打在荧光屏的中点O。不计电子在进入加速电场前的速度及电子重力。
(1)求电子进入两金属板间时的速度大小v0;
(2)若两金属板间只存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,求电子到达荧光屏的位置与O点距离的最大值ym和此时磁感应强度B的大小;
(3)若两金属板间只存在竖直方向的匀强电场,两板间的偏转电压为U2,电子会打在荧光屏上某点,该点距O点距离为,求此时U1与U2的比值;若使电子打在荧光屏上某点,该点距O点距离为d,只改变一个条件的情况下,请你提供一种方案,并说明理由。
正确答案
解析:(1) 设电子经电场加速后进入偏转场区的速度大小为v0,由动能定理得
①
②
(2) 偏转场区中只有匀强磁场时,电子进入磁场区受洛仑兹力作用做匀速圆周运动,经磁场偏转后,沿直线运动到荧光屏。磁场的磁感应强度越大,偏转越大,电子偏转的临界状态是恰好从上板的右端射出,做直线运动到达荧光屏。它的位置与O点距离即为最大值,如图所示。
电子做圆周运动,有 ③
由图可得 ④
⑤
可得
⑥
由③式和
得 ⑦
(3)偏转区内只有匀强电场时,电子进入偏转区做匀加速曲线运动,如图所示。
离开偏转电场时沿电场方向的位移
速度方向偏转角设为,
打到荧光屏的位置距O点的距离 ⑧
可得
由可知,改变加速电压U1或偏转电压U2的大小,即可改变电子打到荧光屏的的位置:
方案一:保持U1的大小不变,将偏转电压U2加倍即可。
方案二:保持U2的大小不变,将加速电压U1减半即可。
解析
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知识点
8.图(a)为示管的原理图。如果在电极YY’之间所加的电压图按图(b)所示的规律变化,在电极XX'之间所加的电压按图(c)所示的规律变化,则在荧光屏的会看到的图形( )
正确答案
解析
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知识点
7.如图,有一矩形区域,水平边
长为
=
,竖直边
长为
=1m. 质量均为
、带电量分别为
和
的两粒子,
.当矩形区域只存在场强大小为E=10N/C、方向竖直向下的匀强电场时,
由a点沿
方向以速率
进入矩形区域,轨迹如图。当矩形区域只存在匀强磁场时
由c点沿cd方向以同样的速率
进入矩形区域,轨迹如图。不计重力,已知两粒子轨迹均恰好通过矩形区域的几何中心。则( )
正确答案
解析
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知识点
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