在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) 如圖所示.板長為L.板間距離為d.板間電壓為U.帶電粒子沿平行于帶電金屬板以初速度v0進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場.飛出電場時速度的方向改變角α. ①知道在偏轉(zhuǎn)電場中的兩個分運(yùn)動:垂直電場方向的勻速運(yùn)動.vx=v0.平行電場方向的初速度為零.加速度為Eq/m的勻加速直線運(yùn)動 ②偏向角tanα=qUL/mdv02 推導(dǎo):在電場中運(yùn)動的時間t=L/v0---① 在電場中的加速度a=qU/dm---② 飛出電場時豎直方向速度vy=at---③ 偏轉(zhuǎn)角的正切值tanα=vy/v0-----④ 由①②③④可得tanα=qUL/mdv02 ③飛出電場時.豎直方向位移y=½at2=qUL2/2mdv02 ④經(jīng)同一加速電場由靜止加速的兩個質(zhì)量.電量均不同的粒子.進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場.飛出時偏轉(zhuǎn)角相同U0q=½mv --① tanα=qUL/mdv02--② 由①②得tanα=UL/2dU0 所以兩粒子的偏轉(zhuǎn)角相同與m與q無關(guān). 注意:這里的U與U0不可約去.因?yàn)檫@是偏轉(zhuǎn)電場的電壓與加速電場的電壓.二者不一定相等. ⑤沿速度v反方向延長交MN交于Q點(diǎn).則QN=L/2, QN=y(tǒng)/tanα=L/2 ⑥粒子在電場中運(yùn)動.一般不計粒子的重力.個別情況下需要計重力.題目中會說時或者有明顯的暗示. [例3]一帶電粒子從靜止經(jīng)加速電壓U1的加速電場加速后進(jìn)入板間距離為d.板間電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場.當(dāng)它飛出偏轉(zhuǎn)電場時.偏轉(zhuǎn)角為θ.要使偏轉(zhuǎn)角θ增大.則需要( ) A.使粒子的荷質(zhì)比變大(q/m) B.其它條件不變.只使U1變大 C.其它條件不變.只使U2變大 D.其它條件不變.只使d變大 解析:這里是經(jīng)加速電場加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場tanα=U2L/2dU1 所以這里與荷質(zhì)比無關(guān).所以A錯.從tanα=U2L/2dU1可知: B錯. C對. D錯. 答案:c 點(diǎn)評:注意經(jīng)加速電場加速的情況.應(yīng)當(dāng)注意從tanα=U2L/2dU1角度討論問題. [例5]長為l的平行金屬板.板間形成勻強(qiáng)電場.一個帶電為十q.質(zhì)量為m的帶電粒子.以初速v0緊貼上板垂直于電場線方向射入該電場.剛好從下板邊緣射出.末速度恰與下板成300角.如圖所示.求:(1)粒子未速度的大小,兩板間的距離d. 解法一:由牛頓定律和運(yùn)動學(xué)公式求解. (1)由速度矢量圖8-63所示.得粒子束速度v=v0/cos300=2v0/3 (2)粒子在電場中運(yùn)動時間t=l/v0.粒子射出電場時沿場強(qiáng)方向的分速度vy=v0tan300=v0/3. 由vy=at有v0/3=Eql/mv0.則場強(qiáng)E=mv/3ql. (3)兩板間距離 d=vyt/2=L/6 解法二:(1)由動量定理和動能定理求解.v=v0/cos300.t=L/v0. (2)由動量定理有 qEt=mv0tan300.E=mv/3ql (3)由動能定理有 qEd=½mv2-½mv.d=L/6 答案:(1)2v0/3,(2)mv/3ql,(3)L/6 [例6]有三個質(zhì)量相等.分別一帶有正電.負(fù)電和不帶電的微粒.從極板左側(cè)中央以相同的水平初速度V先后垂直場強(qiáng)射入.分別落到極板A.B.C處.如圖所示.則正確的有 A.粒子A帶正電.B不帶電.C帶負(fù)電 B.三個粒子在電場中運(yùn)動時間相等 C.三個粒子在電場中運(yùn)動的加速度aA<aB<aC D.三個粒子到這極板時動能EA>EB>EC 解析:三粒子在水平方向上都為勻速運(yùn)動.則它們在電場中的飛行時間關(guān)系為tA>tB>tC 三粒子在豎直方向上有d/2=½at2 所以aA<aB<aC.則A帶正電.B不帶電.C帶負(fù)電. 再由動能定理知.三粒子到這極板時動能關(guān)系為EA<EB<EC. 答案:AC 說明:通過以上幾個題目.請體會帶電粒子.飛出偏轉(zhuǎn)電場,恰好飛出.沒有飛出幾種情況的處理方法是什么? [例7]如圖(a)所示.A.B表示真空中水平放置的相距為d的平行金屬板.板長為L.兩板加電壓后板間的電場可視為勻強(qiáng)電場..現(xiàn)在A.B兩板間加上如圖(b)所示的周期性的交變電壓.在t=0時恰有一質(zhì)量為m.電量為q的粒子在板間中央沿水平方向以速度v0射入電場.忽略粒子的重力..則下列關(guān)于粒子運(yùn)動狀況的表述中正確的是 A.粒子在垂直于板的方向上的分運(yùn)動可能是往復(fù)振動 B.粒子在垂直于板的方向上的分運(yùn)動是單向運(yùn)動 C.只要周期T和電壓U0的值滿足一定條件.粒子就可沿與板平行的方向飛出, D.粒子不可能沿與板平行的方向飛出 解析:當(dāng) t=0時.帶電粒子飛入電場后.在垂直于板的方向上受到電場力的作用.做加速運(yùn)動.若是粒子在T/2的時間內(nèi)沒有打在極板上.且沒有飛出電場.那么在T/2-T的時間內(nèi).粒子做勻減速運(yùn)動.粒子在這段時間內(nèi)還沒有打在極板上.同時還沒有飛出電場.當(dāng)t=T時.粒子沿電場方向的速度為零.在第二個周期內(nèi)又將重復(fù)第一個周期的運(yùn)動.--所以粒子在垂直于板的方向上的分運(yùn)動不可能是往復(fù)振動.只能是單向運(yùn)動.當(dāng)粒子在周期T的整數(shù)倍時飛出電場時.它的速度方向是與板平行的.因?yàn)榇藭r粒子沿電場方向的速度剛好為零.由此可見選項(xiàng)B.C正確. [點(diǎn)評]關(guān)鍵是分析帶電粒子在電場力的作用下所作運(yùn)動的特點(diǎn):當(dāng)電場力的方向發(fā)生變化時.帶電粒子的加速度也發(fā)生了變化.當(dāng)加速度方向與速度方向相同時.帶電粒子作加速運(yùn)動.加速度方向與速度方相反時.帶電粒子做減速運(yùn)動. [例8]兩平行金屬板間所加電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示.大量質(zhì)量為m.帶電量為e的電子由靜止開始經(jīng)電壓為U0的電場加速后連續(xù)不斷地沿兩平行金屬板間的中線射入.若兩板間距恰能使所有子都能通過.且兩極長度使每個電子通過兩板均歷時3t0.電子所受重力不計.試求: ①電子通過兩板時側(cè)向位移的最大值和最小值. ②側(cè)向位移最大和最小的電子通過兩板后的動能之比. [解析]①電子在t=2 nt0時刻進(jìn)入電場.電子通過兩極的側(cè)向位移最大.在t=t0時刻進(jìn)入電場電子通過兩板側(cè)向位移最。娮觽(cè)向位移最大時.進(jìn)入電場在沿電場線方向上作初速度為零的勻加速運(yùn)動.再作勻速運(yùn)動.后作初速度不為零的勻加速運(yùn)動.各段運(yùn)動的時間均為t0,當(dāng)電子側(cè)向位移最小時.在電場線上只有在第二個t0的時間開始作初速度為零的勻加速運(yùn)動.在第三個t0的時間作勻速運(yùn)動.電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后.在電場中的加速度均為a=eUO/md,電子側(cè)向最大位移為ymax= a t02/2+a t02+a t02+a t02/2=3a t02=3eU0 t02/md. ymax=d/2 由以上兩式解得ymax=t0 , d=2ymax=2 t0 ,,電子側(cè)向最小位移為ymin=a t02/2+a t02= ymax/2=t0 ymin=d/4 ②電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的動能等于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場電場力做功之和.當(dāng)電子的側(cè)向位移為最大時.電子在電場中加速(只有加速.電場力才做功).運(yùn)動的距離為y1=2 ymax /3=d/3.電子的側(cè)向位移最小時.電子在電場中加速運(yùn)動的距離為y2=y(tǒng)min/3=d/12,側(cè)向位移最大的電子動能為 Ekmax=eUO+eUO· y1/d=4eUO/3.側(cè)向位移最小的電子動能為Ekmin= eUO+eUO·y2/d=13eUO/12.故Ekmax∶Ekmin=16∶13 點(diǎn)評:電子在電場中的分段運(yùn)動分析清楚后.在電場中側(cè)向位移是可求的.電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的動能則必須注意到電子進(jìn)入兩平行金屬板后.在加速階段有電場力對電子做功.在無電場時的勻速運(yùn)動階段沒有電場力做功. [例8]北京靜電透鏡是利用靜電場使電子束會聚或發(fā)散的一種裝置.其中某部分靜電場的分布如下圖所示.虛線表示這個靜電場在xoy平面內(nèi)的一簇等勢線.等勢線形狀相對于ox軸.oy軸對稱.等勢線的電勢沿x軸正向增加.且相鄰兩等勢線的電勢差相等.一個電子經(jīng)過P點(diǎn)(其橫坐標(biāo)為-x0)時.速度與ox軸平行.適當(dāng)控制實(shí)驗(yàn)條件.使該電子通過電場區(qū)域時僅在ox軸上方運(yùn)動.在通過電場區(qū)域過程中.該電子沿y方向的分速度vy隨位置坐標(biāo)x變化的示意圖是 解析:電子在Y軸方向的分速度Vy變化的原因.應(yīng)為Y方向上的電場力作用.給出ox軸上方的電場線示意圖.注意電場線與等勢線垂直如圖所示.則x<0的范圍.電場有沿Y軸負(fù)向的分量.電子先向Y軸負(fù)向獲得分速度,A,C選項(xiàng)排除.經(jīng)過Y軸后.電場有對電子向上的力作用.故Vy將減小.但在x方向上一直在加速.因此當(dāng)其橫坐標(biāo)為+x時.電子并未回到與P點(diǎn)對稱的位置.由功能關(guān)系知.Vy不會為零.因此選D. [例9]下圖是某種靜電分選器的原理示意圖.兩個豎直放置的平行金屬板帶有等量異號電荷.形成勻強(qiáng)電場.分選器漏斗的出口與兩板上端處于同一高度.到兩板距離相等.混合在一起的a.b兩種顆粒從漏斗出口下落時.a種顆粒帶上正電.b種顆粒帶上負(fù)電.經(jīng)分選電場后.a.b兩種顆粒分別落到水平傳送帶A.B上. 已知兩板間距d=0.1m,.板的長度L=0.5m,.電場僅局限在平行板之間,各顆粒所帶電量大小與其質(zhì)量之比均為1×10-5C/kg.設(shè)顆粒進(jìn)入電場時的初速度為零.分選過程中顆粒大小及顆粒間的相互作用力不計.要求兩種顆粒離開電場區(qū)域時.不接觸到極板但有最大偏轉(zhuǎn)量.重力加速度g取10m/s2. (1)左右兩板各帶何種電荷?兩極板間的電壓多大? (2)若兩帶電平行板的下端距傳送帶A.B的高度H=0.3m,.顆粒落至傳送帶時的速度大小是多少? (3)設(shè)顆粒每次與傳送帶碰撞反彈時.沿豎直方向的速度大小為碰撞前豎直方向速度大小的一半.寫出顆粒第n次碰撞反彈高度的表達(dá)式.并求出經(jīng)過多少次碰撞.顆粒反彈的高度小于0.01m. 解析:(1)左板帶負(fù)電荷.右板帶正電荷. 依題意.顆粒在平行板間的豎直方向上滿足 <1> 在水平方向上滿足 <2> <1><2>兩式聯(lián)立得 (2)根據(jù)動能定理.顆粒落到水平傳送帶上滿足 (3)在豎直方向顆粒作自由落體運(yùn)動.它第一次落到水平傳送帶上沿豎直方向的速度.反彈高度 根據(jù)題設(shè)條件.顆粒第n次反彈后上升的高度 當(dāng)時. [例10]20世紀(jì)50年代.物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“電子偶素 .所謂“電子偶素 .實(shí)際上是指由一個負(fù)電子和一個正電子繞它們連線的中點(diǎn)旋轉(zhuǎn)所形成的相對穩(wěn)定的系統(tǒng).已知正.負(fù)電子的質(zhì)量均為me.帶電荷電量均為e.靜電力常量為k.普朗史常量為h. (1)設(shè)“電子偶素 中正.負(fù)電子繞它們連線的中點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑為r.運(yùn)動速度為v.根據(jù)量子化理論上述物理量滿足關(guān)系式:.試證明n=1時.正.負(fù)電子做勻速圓周運(yùn)動的速率, (2)已知“電子偶素 的能量為正.負(fù)電子運(yùn)動的動能和系統(tǒng)的電勢能之和.當(dāng)正.負(fù)電子相距d時系統(tǒng)的電勢能為試求n=1時.“電子偶素 的能量E1. 解答:(1)設(shè)n=1時電子運(yùn)轉(zhuǎn)軌道半徑為r1.此時正負(fù)電子間庫侖力 ① 此庫侖力作為向心力 ② 由題中量子化理論知n=1時 ③ 聯(lián)立①②③式證得 ④ (2)由題意可知系統(tǒng)的電勢能 ⑤ 每個電子動能 ⑥ 系統(tǒng)的能量 E=2Ek+Ep ⑦ 聯(lián)立①②③⑤⑥⑦式可得 ⑧ 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

如圖所示,在xoy平面直角坐標(biāo)系第一象限內(nèi)分布有垂直向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2.5×10-2T,在第二象限緊貼y軸和x軸放置一對平行金屬板MN(中心軸線過y軸),極板間距d=0.4m,極板與左側(cè)電路相連接.通過移動滑動頭P可以改變極板MN間的電壓.a(chǎn)、b為滑動變阻器的最下端和最上端(滑動變阻器的阻值分布均勻),a、b兩端所加電壓U=
3
3
×102V
.在MN中心軸線上距y軸距離為L=0.4m處有一粒子源S,沿x軸正方向連續(xù)射出比荷為
q
m
=4.0×106C/kg
,速度為vo=2.0×104m/s帶正電的粒子,粒子經(jīng)過y軸進(jìn)入磁場后從x軸射出磁場(忽略粒子的重力和粒子之間的相互作用).
(1)當(dāng)滑動頭P在ab正中間時,求粒子射入磁場時速度的大。
(2)當(dāng)滑動頭P在ab間某位置時,粒子射出極板的速度偏轉(zhuǎn)角為α,試寫出粒子在磁場中運(yùn)動的時間與α的函數(shù)關(guān)系,并由此計算粒子在磁場中運(yùn)動的最長時間.

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精英家教網(wǎng)如圖所示,在xOy坐標(biāo)的第一象限內(nèi)分布有垂直xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2.5×10-2T.在第二象限緊貼y軸和x軸放置一對平行金屬板MN(中心軸線垂直y軸),極板間距d=0.4m,極板與左側(cè)電路相連接,通過移動滑動頭P可以改變極板MN間的電壓.a(chǎn)、b為滑動變阻器的最下端和最上端(滑動變阻器的阻值分布均勻),a、b兩端所加電壓U=
3
3
×102V
.在MN中心軸線上距y軸距離為L=0.4m處,有一粒子源S沿x軸正方向連續(xù)射出比荷為
q
m
=4.0×106C/kg
、速度為v0=2.0×104m/s的帶正電的粒子,粒子經(jīng)過y軸進(jìn)入磁場,經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后從x軸射出磁場.(忽略粒子的重力和粒子之間的相互作用)
(1)當(dāng)滑動頭P在a端時,求粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑R0;
(2)滑動頭P的位置不同則粒子在磁場中運(yùn)動的時間也不同,求粒子在磁場中運(yùn)動的最長時間.

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精英家教網(wǎng)如圖所示,A、B兩平行板水平放置,板長L=0.2m,板間有方向豎直向下的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)E=2×103V/m,兩板間距d=
3
10
m
.緊貼著上極板,沿水平方向射入初速度為v0的帶正電微粒,微粒的比荷
q
m
=1×106C/kg,v0的大小可以取任意值.緊靠著極板左側(cè)的虛線MN為磁場的邊界線(M點(diǎn)緊靠A板最左端),MN左側(cè)有范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直紙面向內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=0.2T.不計微粒的重力.求:
(1)帶電微粒在磁場中運(yùn)動的最短時間;
(2)帶電微粒離開偏轉(zhuǎn)電場時的最小速度;
(3)帶電微粒離開磁場時距M點(diǎn)的最小距離.

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如圖所示,水平放置的平行金屬板A和D間的距離為d,金屬板長為L=
3
d
,兩板間所加電壓為U,D板的右側(cè)邊緣恰好是傾斜擋板NM上的一個小孔K,NM與水平擋板NP成60°角,且擋板足夠長,K與N間的距離為KN=a.現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子,從A、D的中點(diǎn)O沿平行于金屬板方向OO'以某一速度射入,不計粒子的重力.該粒子穿過金屬板后恰好穿精英家教網(wǎng)過小孔K:
(1)求該粒子從O點(diǎn)射入時的速度大小v0
(2)若兩檔板所夾的整個區(qū)域存在一垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,粒子經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后能垂直打在水平擋板NP上,求該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B0
(3)若磁場方向變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶,且只存在于兩檔板所夾間的某一區(qū)域內(nèi),同樣使該粒子經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后能垂直打在水平擋板NP上(之前與擋板沒有碰撞),求滿足條件的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值Bmin

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精英家教網(wǎng)如圖所示,為一示波管的示意圖,陰極和陽極間的加速電壓U1=2500V,偏轉(zhuǎn)板y1和y2間的偏轉(zhuǎn)電壓為U2=200V,兩板間距離為d=2.0cm,板長為L=6.0cm,偏轉(zhuǎn)板右側(cè)到熒光屏的距離為l=18.0cm.已知電子的質(zhì)量m=0.90×10-30kg和電子的電荷量e=1.60×10-19C.從陰極發(fā)射出的電子(設(shè)初速為零),經(jīng)陰極和陽極間電場加速后,又經(jīng)勻強(qiáng)電場作用打在熒光屏的P點(diǎn)上,求:
(1)電子從陽極小孔中穿出時速度v0的大小;
(2)電子射出偏轉(zhuǎn)電場時沿垂直于板面方向偏移的距離y;
(3)P點(diǎn)到熒光屏中心O的距離Y;(本題結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

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