- 带电粒子在匀强电场中的运动
- 共205题
如图所示,两块相同的金属板正对着水平放置,板间距离为 d 。当两板间加电压 U 时,一个质量为 m、电荷量为 + q的带电粒子,以水平速度 v0 从A点射入电场,经过一段时间后从B点射出电场,A、B间的水平距离为 L ,不计重力影响。
求:
(1)带电粒子从A点运动到B点经历的时间;
(2)带电粒子经过B点时速度的大小;
(3)A、B间的电势差。
正确答案
见解析。
解析
(1)带电粒子在水平方向做匀速直线运动,从A点运动到B点经历的时间
(2)带电粒子在竖直方向做匀加速直线运动
板间场强大小
加速度大小
经过B点时粒子沿竖直方向的速度大小vy=at=
带电粒子在B点速度的大小v =
(3)带电粒子从A点运动到B点过程中,根据动能定理得
A、B间的电势差UAB=
知识点
如图,静止于A处的离子,经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,从P点垂直CN进入矩形区域的有界匀强电场,电场方向水平向左。静电分析器通道内有均匀辐射分布的电场,已知圆弧虚线的半径为R,其所在处场强为E、方向如图所示;离子质量为m、电荷量为q;、
,离子重力不计。
(1)求加速电场的电压U;
(2)若离子恰好能打在Q点上,求矩形区域QNCD内匀强电场场强E0的值;
(3)若撤去矩形区域QNCD内的匀强电场,换为垂直纸面向里的匀强磁场,要求离子能最终打在QN上,求磁场磁感应强度B的取值范围。
正确答案
(1)
(2)E0=
(3)
解析
(1)离子在加速电场中加速,根据动能定理,有:
离子在辐向电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力,根据牛顿第二定律,有
得
(2)离子做类平抛运动
2d=vt
2d=
由牛顿第二定律得qE0=ma
则E0=
(3)离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有
则
离子能打在QF上,则既没有从DQ边出去也没有从PF边出去,则离子运动径迹的边界如图中Ⅰ和Ⅱ。
由几何关系知,离子能打在QF上,必须满足:
则有
知识点
静止于A处的离子,经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,并从P点垂直CF进入矩形区域的有界匀强磁场。静电分析器通道内有均匀辐射分布的电场,已知圆弧虚线的半径为R,其所在处场强为E、方向如图所示:离子质量为m、电荷量为q;=a、
=1.5a,磁场方向垂直纸面向里;离子重力不计。
(1)求加速电场的电压U;
(2)若离子能最终打在QF上,求磁感应强度B的取值范围。
正确答案
(1)
(2)
解析
(1)离子在加速电场中加速,根据动能定理,有:
离子在辐向电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
解得:
(2)离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
解得:
离子能打在QF上,则既没有从DQ边出去也没有从PF边出去,则离子运动径迹的边界如图中Ⅰ和Ⅱ
由几何关系知,离子能打在QF上,必须满足:
解得:
知识点
如图所示,一个带电粒子以大小为vA的水平速度从A点垂直电场线射入场强大小为E的匀强 电场,经过电场中B点时速度大小为vB, AB间水平距离为d,不计重力和空气阻力.则由上述四个已知量可以求得以下的未知量,它们是()
正确答案
解析
略
知识点
21. 某一电场场强随时间变化的图象如图所示.在这个变化的电场中有一个带电粒子,t=0时刻由静止释放.若带电粒子只受电场力作用,则( )
正确答案
解析
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知识点
24.如图所示,电荷量为-e,质量为m的电子从A点沿与电场垂直的方向进入匀强电场,电场强度为E,初速度为,当它通过电场中的B点时,速度与场强方向成150°角,不计电子的重力,以A点的电势为零,求:
(1)从A运动到B的过程,电子的偏转量y的大小;
(2)从A运动到B的过程,电子电势能的变化量。
正确答案
解析
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知识点
26.如图所示,在直角坐标系的原点O处有一放射源,向四周均匀发射速度大小相等、方向都平行于纸面的带电粒子.在放射源右边有一很薄的挡板,挡板与平面交线的两端M、N与原点O正好构成等腰直角三角形.已知带电粒子的质量为
,带电量为
,速度为
,MN的长度为L.
(1)若在轴右侧加一平行于
轴的匀强电场,要使
轴右侧所有运动的粒子都能打到挡板MN上,则电场强度
的最小值为多大?在电场强度为
时,打到板上的粒子动能为多大?
(2)若在整个空间加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,要使板右侧的MN连线上都有粒子打到,磁场的磁感应强度不能超过多少(用、
、
、
表示)?若满足此条件,放射源O向外发射出的所有带电粒子中有几分之几能打在板的左边(作图并证明)?
正确答案
解析
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知识点
25.如右图所示,电容量为C的平行板电容器的极板,A和B水平放置,相距为d,与电动势为E、内阻可不计的F电源相连,设两板之间有—个质量为m的导电小球,小球可视为质点,已知:若小球与极扳发生碰撞,则碰撞后小球的速度立即变为零,带电状态也立即改变,改变后,小球所带电荷符号与该极板相同,电量为极板电量的k倍(k<1)不计带电小球对极板间匀强电场的影响重力加速度为g。
(1)欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动,电动势E至少应大于多少?
(2)设上述条件已满足,在较长的时间间隔T内小球做了很多次往返运动,求在T时间内小球往返运动的次数以及通过电源的总电量?
正确答案
解析
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知识点
18.一匀强电场,场强方向是水平的(如图所示),一个质量为的带正电的小球,从O点出发,初速度的大小为
,在电场力与重力的作用下,恰能沿与场强的反方向成
角做直线运动设小球在O点的电势能为零,则小球运动到最高点时的电势能为( )
正确答案
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知识点
20.图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线,两粒子M、N质量相等,所带电荷的绝对值也相等,现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出,两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点,已知O点电势高于c 点。若不计重力,则( )
正确答案
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知识点
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