带电粒子在电场中运动题目及答案.doc

《带电粒子在电场中运动题目及答案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带电粒子在电场中运动题目及答案.doc（17页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上带电粒子在电场中的运动班级_姓名_一、带电粒子在电场中做偏转运动1. 如图所示，在平行板电容器之间有匀强电场，一带电粒子（重力不计）以速度v0垂直电场线射人电场，经过时间tl 穿越电场，粒子的动能由Ek 增加到2Ek ; 若这个带电粒子以速度v0 垂直进人该电场，经过时间t2穿越电场。求：( l ）带电粒子两次穿越电场的时间之比t1：t2; ( 2 ）带电粒子第二次穿出电场时的动能。v02.如图所示的真空管中，质量为m，电量为e的电子从灯丝发出，经过电压加速后沿中心线射入相距为d的两平行金属板、间的匀强电场中，通过电场后打到荧光屏上，设、间电压为，、板长为l1,平行金

2、属板右端到荧光屏的距离为l,求：电子离开匀强电场时的速度与进入时速度间的夹角电子打到荧光屏上的位置偏离屏中心距离 解析:电子在真空管中的运动过分为三段，从发出在电压作用下的加速运动；进入平行金属板、间的匀强电场中做类平抛运动；飞离匀强电场到荧光屏间的匀速直线运动设电子经电压加速后的速度为v1，根据动能定理有：电子进入、间的匀强电场中，在水平方向以v1的速度做匀速直线运动，竖直方向受电场力的作用做初速度为零的加速运动，其加速度为：电子通过匀强电场的时间电子离开匀强电场时竖直方向的速度vy为：电子离开电场时速度v2与进入电场时的速度v1夹角为（如图）则电子通过匀强电场时偏离中心线的位移图电子离开电

3、场后，做匀速直线运动射到荧光屏上，竖直方向的位移电子打到荧光屏上时，偏离中心线的距离为3. 在真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场若将一个质量为m、带正电电量q的小球在此电场中由静止释放，小球将沿与竖直方向夹角为的直线运动。现将该小球从电场中某点以初速度竖直向上抛出，求运动过程中（取） （1）小球受到的电场力的大小及方向； （2）小球运动的抛出点至最高点之间的电势差U解析： （1）根据题设条件，电场力大小 电场力的方向向右 （2）小球沿竖直方向做初速为的匀减速运动，到最高点的时间为，则： 沿水平方向做初速度为0的匀加速运动，加速度为 此过程小球沿电场方向位移为： 小球上升到最高点的过

4、程中，电场力做功为： 4. 在足够大的空间中,存在水平向右的匀强电场,若用绝缘细线将质量为m的带正电的小球悬挂在电场中,其静止时细线与竖直方向夹角=37.现去掉细线,将该小球从电场中的某点竖直向上抛出,抛出时的初速度大小为v0,如图13所示.求:(1)电场强度的大小.(2)小球在电场内运动过程中的最小速率.(3)小球从抛出至达到最小速率的过程中,电场力对小球所做的功.(sin37=0.6,cos37=0.8)5. 如图所示，在空间中取直角坐标系Oxy，在第一象限内平行于y轴的虚线MN与y轴距离为d，从y轴到MN之间的区域充满一个沿y轴正方向的匀强电场，场强大小为E。初速度可以忽略的电子经过另一

5、个电势差为U的电场加速后，从y轴上的A点以平行于x轴的方向射入第一象限区域，A点坐标为（0，h）。已知电子的电量为e，质量为m，加速电场的电势差U，电子的重力忽略不计，求：（1）电子从A点进入电场到离开该电场区域所经历的时间t和离开电场区域时的速度v；（2）电子经过x轴时离坐标原点O的距离l。解析：（1）由 eUmv02 得电子进入偏转电场区域的初速度v0设电子从MN离开，则电子从A点进入到离开匀强电场区域的时间t d；yat2因为加速电场的电势差U， 说明yh，说明以上假设正确所以vyat d 离开时的速度v（2）设电子离开电场后经过时间t到达x轴，在x轴方向上的位移为x，则xv0t ，yh

6、yhtvyt 则 ldx dv0t dv0（） dhh代入解得l一、带电粒子在电场中做圆周运动mOq6在方向水平的匀强电场中，一不可伸长的不导电细线一端连着一个质量为、电量为+的带电小球，另一端固定于点。将小球拉起直至细线与场强平行，然后无初速释放，则小球沿圆弧作往复运动。已知小球摆到最低点的另一侧，线与竖直方向的最大夹角为（如图）。求：（1）匀强电场的场强。（2）小球经过最低点时细线对小球的拉力。解：（1）设细线长为l，场强为，因电量为正，故场强的方向为水平向右。从释放点到左侧最高点，由动能定理有，故，解得 （2）若小球运动到最低点的速度为v，此时线的拉力为T，由动能定理同样可得，由牛顿第二

7、定律得 ，联立解得7.如图所示，水平轨道与直径为d=0.8m的半圆轨道相接，半圆轨道的两端点A、B连线是一条竖直线，整个装置处于方向水平向右，大小为103V/m的匀强电场中，一小球质量m=0.5kg,带有q=510-3C电量的正电荷，在电场力作用下由静止开始运动，不计一切摩擦，g=10m/s2，（1）若它运动的起点离A为L，它恰能到达轨道最高点B，求小球在B点的速度和L的值（2）若它运动起点离A为L=2.6m，且它运动到B点时电场消失，它继续运动直到落地，求落地点与B点的距离（1）因小球恰能到B点，则在B点有 （1分） （1分）小球运动到B的过程，由动能定理 （1分） （1分）（2）小球离开B

8、点，电场消失，小球做平抛运动，设落地点距B点距离为s，由动能定理小球从静止运动到B有 （2分） （2分）7.如图所示，在E = 103V/m的水平向左匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置，轨道与一水平绝缘轨道MN连接，半圆轨道所在竖直平面与电场线平行，其半径R = 40cm，一带正电荷q = 104C的小滑块质量为m = 40g，与水平轨道间的动摩因数m = 0.2，取g = 10m/s2，求： （1）要小滑块能运动到圆轨道的最高点L，滑块应在水平轨道上离N点多远处释放？（2）这样释放的滑块通过P点时对轨道压力是多大？（P为半圆轨道中点）解析：（1）滑块刚能通过轨道最高点条件是 滑块由释

9、放点到最高点过程由动能定理：代入数据得：S20m（2）滑块过P点时，由动能定理： 在P点由牛顿第二定律：代入数据得：N1.5N8. 如图所示，在沿水平方向的匀强电场中有一固定点o，用一根长度为=0.40 m的绝缘细线把质量为m=0.20 kg，带有正电荷的金属小球悬挂在o点，小球静止在B点时细线与竖直方向的夹角为=.现将小球拉至位置A使细线水平后由静止释放，求：(1)小球运动通过最低点C时的速度大小.(2)小球通过最低点C时细线对小球的拉力大小.（3）如果要使小球能绕o点做圆周运动，则在A点时沿垂直于OA方向上施加给小球的初速度的大小范围。(g取10 m/s，sin=O.60，cos=0.80

10、)解： 图图9.如图所示，在匀强电场中一带正电的小球以某一初速度从绝缘斜面上滑下，并沿与斜面相切的绝缘圆轨道通过最高点已知斜面倾角为300, 圆轨道半径为，匀强电场水平向右，场强为，小球质量为m，带电量为，不计运动中的摩擦阻力，则小球至少应以多大的初速度滑下？在此情况下，小球通过轨道最高点的压力多大？解析：小球的受力如图所示，从图中可知：，所以带电小球所受重力和电场力的合力始终垂直于斜面，小球在斜面上做匀速直线运动，其中把小球看作处于垂直斜面向下的等效力场F中，等效力加速度，小球在点的速度最小，为，由功能关系可得：此即为小球沿斜面下滑的最小速度设点的速度为vc，则小于球通过最高点时，向心力由重

11、力和轨道压力提供，因而有：如图甲所示，A、B是一对平行放置的金属板，中心各有一个小孔P、Q，PQ连线垂直金属板，两板间距为d现从P点处连续不断地有质量为 m、带电量为q的带电粒子（重力不计），沿PQ方向放出，粒子的初速度可忽略不计在t0时刻开始在A、B间加上如图乙所示交变电压（A板电势高于B板电势时，电压为正），其电压大小为U、周期为T带电粒子在A、B间运动过程中，粒子间相互作用力可忽略不计乙甲图13（1）如果只有在每个周期的0时间内放出的带电粒子才能从小孔Q中射出，则上述物理量之间应满足怎样的关系（2）如果各物理量满足（1）中的关系，求每个周期内从小孔Q中有粒子射出的时间与周期T的比值（1）

12、在0时间内，进入A、B板间的粒子，在电场力的作用下，先向右做匀加速运动，在时间内再向右做匀减速运动，且在0时间内，越迟进入A、B板间的粒子，其加速过程越短，减速运动过程也相应地缩短，当速度为零后，粒子会反向向左加速运动。由题意可知0时间内放出的粒子进入A、B板间，均能从Q孔射出，也就是说在时刻进入A、B板间的粒子是能射出Q孔的临界状态。粒子在时刻进入A、B间电场时，先加速，后减速，由于粒子刚好离开电场，说明它离开电场的速度为零，由于加速和减速的对称性，故粒子的总位移为加速时位移的2倍，所以有即 （2）若情形（1）中的关系式成立，则t0时刻进入电场的粒子在电场中运动的时间为最短（因只有加速过程）

13、，设最短时间为tx，则有 在时刻进入电场的粒子在的时刻射出电场，所以有粒子飞出电场的时间为 由式得 三、带电粒子在交变电场中的偏转1如图甲所示，、是在真空中平行放置的金属板，加上电压后，它们之间的电场可视为匀强电场。、两板间距=15cm。今在、两极上加如图乙所示的电压，交变电压的周期=1.010-6s；=0时，板电势比板电势高，电势差=108V。一个荷质比=1.0108C/kg的带负电的粒子在=0时从板附近由静止开始运动，不计重力。问：(1)当粒子的位移为多大时，粒子速度第一次达到最大值？最大速度为多大？(2)粒子运动过程中将与某一极板相碰撞，求粒子撞击极板时的速度大小。BAdtu/VT/2-

14、U0U0T3T/22TT/35T/64T/3图甲图乙解：(1)带负电的粒子电场中加速或减速的加速度大小为= 7.21011 m/s2当粒子的位移为= 4.0102m,速度最大值为=2.4105 m/s(2)一个周期内粒子运动的位移为=22=6102m由此可以判断粒子在第三个周期内与板碰撞，因为=2.5在前两个周期内粒子运动的位移为=12102 m在第三周期内粒子只要运动=3cm即与板碰撞，可知在第三周期的前内某时刻就与板碰撞。=2 .0105 m/s2. 两块水平平行放置的金属板如图(甲)所示，大量电子(已知电子质量为m、电荷量为e)由静止开始，经电压为U0的电场加速后，连续不断地从两板正中间

15、沿水平方向射人两板间当两板均不带电时，这些电子通过两板之间的时间为3t0；当在两板间加如图(乙)所示的周期为2t0、幅值恒为U的周期性电压时，恰好能使所有电子均从两板间通过求 (1)这些电子飞离两板间时，侧向位移(即竖直方向上的位移)的最大值symax；(2)这些电子飞离两板间时，侧向位移的最小值symin。 3. 如图(1)所示，在平行板电容器的A板附近，有一个带正电的粒子(不计重力)处于静止，在A、B两板间加如图(2)所示的交变电压，带电粒子在电场力作用下由静止开始运动经3t0时间刚好到达B板，设此时粒子的动能大小为Ek3。(1)若用改变A、B两板间距的方法，使粒子在5t0时刻到达B板，此

16、时粒子的动能大小为 Ek5。求Ek3/Ek5等于多少?(2)若保持A、B两板间距离及电压的值U0不变，仅用改变交变电压周期的方法使粒子到达B板的动能最大，求此交变电压的最小周期与原周期之比。 （1）5：3 （2）4. 如图(a)，平行金属板A和B间的距离为d，现在A、B板上加上如图（b）所示的方波形电压，t=0时A板比B板的电势高，电压的正向值为U0，反向值也为U0现有由质量为m的带正电且电荷量为q的粒子组成的粒子束，从AB的中点O以平行于金属板方向OO/的速度v0=射入，所有粒子在AB间的飞行时间均为T，不计重力影响求：（1）粒子飞出电场时的速度；（2）粒子飞出电场时位置离O/点的距离范围解

17、析：（1）打出粒子的速度都是相同的，在沿电场线方向速度大小为 所以打出速度大小为 设速度方向与v0的夹角为，则 （2）当粒子由时刻进入电场，向下侧移最大，则 当粒子由时刻进入电场，向上侧移最大，则 在距离O/中点下方至上方范围内有粒子打出 5.如左图，在真空中足够大的绝缘水平地面上，一个质量为m=0.2kg，带电量为的小物块处于静止状态，小物块与地面间的动摩擦因数。从t=0时刻开始，空间加上一个如右图所示的场强大小和方向呈周期性变化的电场，（取水平向右的方向为正方向，取10m/s2。）求：（1）23秒内小物块的位移大小；（2）23秒内电场力对小物块所做的功。Eqm左图0t/sE/（105N/C

18、)684212103-1右图解析：（1）02s内物块加速度位移2s末的速度为24s内物块加速度位移4s末的速度为因此小物块做周期为4s的加速和减速运动，第22s末的速度也为，第23s末的速度 （）所求位移为（2）23秒内，设电场力对小物块所做的功为W，由动能定理：求得6. 如图a所示，为一组间距d足够大的平行金属板，板间加有随时间变化的电压（如图b所示），设U0和T已知。A板上O处有一静止的带电粒子，其带电量为q，质量为m（不计重力），在t=0时刻起该带电粒子受板间电场加速向B板运动，途中由于电场反向，粒子又向A板返回（粒子未曾与B板相碰）。（1）当Ux=2U0时求带电粒子在t=T时刻的动能；

19、（2）为使带电粒子在0T时间内能回到O点，Ux要大于多少？OABu（a）utU0UxOT/2T3T/2（b）解析：（1），（2），由上面四式，得因为，所以7. 如图所示，热电子由阴极飞出时的初速忽略不计，电子发射装置的加速电压为U0，电容器板长和板间距离均为L=1cm，下极板接地。电容器右端到荧光屏的距离也是L=1。在电容器两极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图象如图。（每个电子穿过平行板的时间极短，可以认为电压是不变的）求： （1）在t=0.06s时刻，电子打在荧光屏上的何处？ （2）荧光屏上有电子打到的区间有多长？屏上亮点的间歇时间为多少？24（18分） （1） 2分， ， 2分

20、代入 2分 由图知t=0.06s时刻偏转电压为1.8U0， 2分 可求得偏转位移 2分 打在屏上的点距O点Y=1.35cm。 2分电子的最大侧移为0.5L（偏转电压超过2.0U0，电子就打到极板上了），所以荧光屏上电子能打到的区间长为3L=3.0cm。间歇时间0.1s 6分8. 如图甲所示，真空中的电极K连续不断地发出电子（电子的初速度可忽略不计），经电压为u的电场加速，加速电压u随时间t变化的图象如图乙所示。每个电子通过加速电场的过程时间极短，可认为加速电压不变。电子被加速后由小孔S穿出，沿两个彼此靠近且正对的水平金属板A、B间中轴线从左边缘射入A、B两板间的偏转电场，A、B两板长均为L=0

21、.20m，两板之间距离d=0.050m，A板的电势比B板的电势高。A、B板右侧边缘到竖直放置的荧光屏P（面积足够大）之间的距离b=0.10m。荧光屏的中心点O与A、B板的中心轴线在同一水平直线上。不计电子之间的相互作用力及其所受的重力，求：（1）要使电子都打不到荧光屏上，则A、B两板间所加电压U应满足什么条件；（2）当A、B板间所加电压U=50V时，电子打在荧光屏上距离中心点O多远的范围内。解：（1）设电子的质量为m、电量为e，电子通过加速电场后的速度为v，由动能定理有：eu=mv2 ;电子通过偏转电场的时间t=;此过程中电子的侧向位移y=at2=()2 联立上述两式解得：y=;要使电子都打不

22、到屏上，应满足u取最大值800V时仍有y代入数据可得，为使电子都打不到屏上，U至少为100V。（2）当电子恰好从A板右边缘射出偏转电场时，其侧移量最大ymax2.5cm电子飞出偏转电场时，其速度的反向延长线通过偏转电场的中心，设电子打在屏上距中心点的最大距离为Ymax，则由几何关系可得：=，解得Ymax=ymax=5.0cm由第（1）问中的y=可知，在其它条件不变的情况下，u越大y越小，所以当u=800V时，电子通过偏转电场的侧移量最小。其最小侧移量ymin=1.25102m=1.25cm同理，电子打在屏上距中心点的最小距离Ymin=ymin=2.5cm所以电子打在屏上距中心点O在2.5cm5.0cm范围内。专心-专注-专业