17.當金屬的溫度升高到一定程度時就會向四周發(fā)射電子,這種電子叫熱電子,通常情況下,熱電子的初始速度可以忽略不計.如圖所示,相距為L的兩塊平行金屬板M、N接在輸出電壓恒為U的高壓電源E2上,M、N之間的電場近似為勻強電場,a、b、c、d是勻強電場中四個均勻分布的等勢面,K是與M板距離很近的燈絲,電源E1給K加熱從而產(chǎn)生熱電子.電源接通后,電流表的示數(shù)穩(wěn)定為I,已知電子的質(zhì)量為m、電量為e.求:
(1)電子達到N板瞬間的速度;
(2)電子從燈絲K出發(fā)達到N板所經(jīng)歷的時間;
(3)電路穩(wěn)定的某時刻,M、N之間運動的熱電子的總動能;
(4)電路穩(wěn)定的某時刻,c、d兩個等勢面之間具有的電子數(shù).

分析 (1)根據(jù)動能定理求出電子到達N板瞬間的速度大小.
(2)通過牛頓第二定律和運動學公式求出電子從燈絲K出發(fā)達到N板所經(jīng)歷的時間.
(3)在M、N之間運動的熱電子的總動能應等于t時間內(nèi)電流做功的$\frac{1}{2}$,結合功能關系求出電路穩(wěn)定的某時刻,M、N之間運動的熱電子的總動能;
(4)分別求出電子從燈絲出發(fā)達到c和d的時間,從而結合n=$\frac{{I({t_d}-{t_c})}}{e}$求出電路穩(wěn)定的某時刻,c、d兩個等勢面之間具有的電子數(shù).

解答 解:(1)動能定理:$eU=\frac{1}{2}m{v}_N^2-0$,
解出${{v}_N}=\sqrt{\frac{2eU}{m}}$                                                     
(2)牛頓定律:e$\frac{U}{L}$=ma,
解出$a=\frac{eU}{mL}$
由$L=\frac{1}{2}a{t^2}$
得:$t=\sqrt{\frac{2L}{a}}=\sqrt{\frac{2L}{{\frac{eU}{mL}}}}=L\sqrt{\frac{2m}{eU}}$
(3)根據(jù)功能關系,在M、N之間運動的熱電子的總動能應等于t時間內(nèi)電流做功的$\frac{1}{2}$,即Ek=$\frac{1}{2}$UIt=$\frac{1}{2}$UI($L\sqrt{\frac{2m}{eU}}$)=IL$\sqrt{\frac{mU}{2e}}$
(4)電子從燈絲出發(fā)達到c所經(jīng)歷的時間${t}_{C}=\sqrt{\frac{2×\frac{3L}{5}}{a}}=\sqrt{\frac{2×\frac{3L}{5}}{\frac{eU}{mL}}}=L\sqrt{\frac{6m}{5eU}}$
電子從燈絲出發(fā)達到d所經(jīng)歷的時間${t}_prfiuao=\sqrt{\frac{2×\frac{4L}{5}}{a}}=\sqrt{\frac{2×\frac{4L}{5}}{\frac{eU}{mL}}}=L\sqrt{\frac{8m}{5eU}}$.
c、d兩個等勢面之間的電子數(shù)n=$\frac{{I({t_d}-{t_c})}}{e}$,
將時間tdtc代入,求出:n=$(2-\sqrt{3})\frac{I•L}{e}\sqrt{\frac{2m}{5eU}}$
答:(1)電子達到N板瞬間的速度為$\sqrt{\frac{2eU}{m}}$;
(2)電子從燈絲K出發(fā)達到N板所經(jīng)歷的時間為$L\sqrt{\frac{2m}{eU}}$;
(3)電路穩(wěn)定的某時刻,M、N之間運動的熱電子的總動能為IL$\sqrt{\frac{mU}{2e}}$;
(4)電路穩(wěn)定的某時刻,c、d兩個等勢面之間具有的電子數(shù)為n$(2-\sqrt{3})\frac{I•L}{e}\sqrt{\frac{2m}{5eU}}$.

點評 本題考查了動能定理、牛頓第二定律和運動學公式的綜合運用,關鍵要正確建立物理模型,依據(jù)相關物理規(guī)律求解.

練習冊系列答案
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7.如圖所示,表面光滑的固定斜面頂端安裝一定滑輪,物塊A、B用輕繩連接并跨過滑輪(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦).初始時刻,A、B處于同一高度并恰好靜止.剪斷輕繩后A下落、B沿斜面下滑,則從剪斷輕繩到物塊分別落地的過程中,兩物塊( 。
A.速度的變化相同B.動能的變化相同
C.重力勢能的變化相同D.重力的平均功率相同

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

8.關于科學家的貢獻,下列描述中正確的是( 。
A.卡文迪什利用扭秤巧妙地測得靜電力常量k的數(shù)值
B.開普勒根據(jù)行星運動的規(guī)律,提出了萬有引力定律
C.伽利略通過對斜面實驗結論的合理外推,得出了自由落體運動的規(guī)律
D.法拉第根據(jù)小磁針在通電導線周圍的偏轉(zhuǎn),發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應

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5.如圖所示,質(zhì)量為m=0.3kg、邊長為d=10cm的均質(zhì)等邊三角形導線框ABC,在A處用細線豎直懸掛于長度為L=30cm的輕桿的左端,輕桿的右端通過彈簧連接在地面上,離桿左端10cm處有一固定的轉(zhuǎn)軸O.現(xiàn)垂直于ABC施加一個水平向里的勻強磁場,磁感應強度B=10-2T.在導線框中通以逆時針方向、大小為I=1A的電流,輕桿處于水平狀態(tài),則此時AB邊所受安培力的大小為0.001N,彈簧對桿的拉力為1.5N.

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12.在“使用DIS系統(tǒng)測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中.

(1)滑動變阻器有兩個可供選擇:變阻器A(20Ω,3A),變阻器B(500Ω,0.2A).實驗中,變阻器選擇A較為合適(選填“A”或“B”).
(2)圖中已經(jīng)連接部分電路,請將電路補畫完整.
(3)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)作出U-I圖象如圖(乙)所示,由圖象可以得出電池的電動勢E=1.48V,內(nèi)電阻r=0.8Ω.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

2.分子間同時存在引力和斥力,當分子間距減小時,分子間( 。
A.引力增加,斥力減小B.引力增加,斥力增加
C.引力減小,斥力減小D.引力減小,斥力增加

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

9.特戰(zhàn)隊員在進行素質(zhì)訓練時,抓住一端固定在同一水平高度的不同位置的繩索,從高度一定的平臺由水平狀態(tài)無初速開始下擺,如圖所示,在到達豎直狀態(tài)時放開繩索,特戰(zhàn)隊員水平拋出直到落地.不計繩索質(zhì)量和空氣阻力,特戰(zhàn)隊員可看成質(zhì)點.下列說法正確的是( 。
A.繩索越長,特戰(zhàn)隊員落地時的水平位移越大
B.繩索越長,特戰(zhàn)隊員落地時的速度越大
C.繩索越長,特戰(zhàn)隊員落地時的水平方向速度越大
D.繩索越長,特戰(zhàn)隊員落地時的豎直方向速度越大

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

6.如圖甲是學校某研究性學習小組設計的測未知電源電動勢和內(nèi)阻的原理圖,圖中R0選用是阻值為6Ω的定值電阻,電流表的內(nèi)阻rA=1.5Ω,電源E0選用是電動勢為6V的電源,待測電源Ex的電動勢約為約為2.0V左右.
(1)某同學在實驗過程中的具體操作步驟如下;A、按原理圖甲接好電流,閉合開關前,應將滑動變阻器R1和R2的滑動頭P分別滑到b和d端(選填“a、b、c、d”)B、閉合開關S1和S2,配合調(diào)節(jié)滑動變阻器R1和R2,使電流表A的示數(shù)變小,直到最后示數(shù)為零,讀出此時電壓表的示數(shù),如圖乙所示.C、保持S1閉合,斷開S2,此時電流表的示數(shù)如圖丙所示.D、斷開電路,整理實驗器材.
(2)在該實驗中,這個同學測得的電源電動勢Ex=2.0V,電源內(nèi)阻rx=0.5Ω.
(3)在該實驗中,為了便于實驗調(diào)節(jié),所使用的兩個滑動變阻器R1,R2分別起到粗調(diào)和細調(diào)作用,由于實驗所選用的滑動變阻器R1阻值范圍是0~50Ω,所選用的滑動變阻器R2阻值范圍是0~5Ω,則在閉合開關S1和S2后,應先調(diào)節(jié)滑動變阻器R1(選填R1或R2),滑動變阻器R2(選填R1和R2)起到細調(diào)的作用.

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

7.如圖所示,電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與三個燈泡和三個電阻相接,電阻R1>r,合上開關S1和S2時,三個燈泡都能正常工作,如果斷開S2,則下列表述正確的是( 。
A.L1變暗B.電源輸出功率變大
C.電源輸出功率變小D.電源的輸出效率變大

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