高中 | 带电粒子在匀强电场中的偏转运动 题目答案及解析

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选修3-1

第一章 静电场

1.9 带电粒子在电场中的运动

带电粒子在匀强电场中的偏转运动

$J.J.$汤姆孙利用图所示的静电偏转管成功为阴极射线中带负电的粒子“验明正身”。

对于图中的阴极$K$和阳极$A$(阴极$K$相对于阳极$A$很小);

$K$$A$两极之间的电场线与等差等势面分布正确的是             

$\rm A$$\rm B$

$\rm C$$\rm D$

②一个带负电粒子从阴极$K$开始仅受电场力的作用由静止运动到阳极$A$。若粒子在电场中的动能为$E_\rm {k}$,电势能为$E_\rm {p}$,则                 

$\rm A$$E_\rm {k}$一直变大;$E_\rm {p}$一直变大            

$\rm B$$E_\rm {k}$一直变大;$E_\rm {p}$一直变小

$\rm C$$E_\rm {k}$一直变小;$E_\rm {p}$一直变大            

$\rm D$$E_\rm {k}$一直变小;$E_\rm {p}$一直变小

[["$\\rm C$","$\\rm B$"]]

根据电势差与电势的关系$U=Ed$可知电场强度越强,电势降低越快,即电场强度强的地方等差等势面的距离越近,电场线从正极指向负极;

故选:$\rm C$

一个带负电粒子从阴极$K$开始仅受电场力的作用由静止运动到阳极$A$,电场力做正功,电势能$E_\rm {p}$一直变小,根据动能定理可知$E_\rm {k}$一直变大;

故选:$\rm B$

在管外于$C$$D$极板前后装有一对平行载流线圈,电流方向如图所示。

①这对载流线圈产生的磁场方向为                 

$\rm A$   $\rm B$

②线圈产生一个与$C$$D$间匀强电场及粒子束运动方向均垂直的匀强磁场。调节载流线圈中的电流,可使粒子匀速通过$C$$D$并射至荧光屏上$O$处。测得  $C$$D$两板间的电势差为$U$,间距为$d$,磁感应强度为$B$。通过以上物理量可求得粒子速度$v=$                 

[["$\\rm B$","$\\dfrac{U}{dB}$"]]

根据通电线圈的安培定则可以得出磁场方向向里,故选:$\rm B$

根据题意可以知道带电粒子在磁场中做匀速的直线运动,即$\dfrac{U}{d}q=qvB$

由此可以解得$v=\dfrac{U}{dB}$

保持$C$$D$$U$$d$不变,撤去磁场,带负电粒子能以初速度$v_{0}$经偏转电场至荧光屏的$P$处。$C$$D$的水平长度为$L$,测得$O$$P$两处的粒子直线径迹间的夹角为$\theta$,可求得该粒子的比荷$\dfrac{q}{m}$$(\quad\ \ \ \ )$

["

$\\dfrac{dv_{0}^{2}}{UL}\\cot\\theta$

","

$\\dfrac{dv_{0}^{2}}{2UL}\\cot\\theta$

","

$\\dfrac{dv_{0}^{2}}{2UL}\\tan\\theta$

","

$\\dfrac{dv_{0}^{2}}{UL}\\tan\\theta$

"]
[["D"]]

带电粒子在垂直于电场方向做匀速直线运动,其运动时间为$t=\dfrac{L}{v_{0}}$

在平行于电场方向,根据牛顿第二定律$\dfrac{U}{d}q=ma$$v_{y}=at$

根据速度分解的几何关系$\tan\theta=\dfrac{v_{y}}{v_{0}}$

由此可以解得$\dfrac{q}{m}=\dfrac{dv_{0}^{2}}{UL}\tan\theta$

故选:$\rm D$

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如图所示,在直角坐标系xOy中,第一象限有竖直向上的匀强电场,第二、四象限有垂直纸面向里的匀强磁场。已知质量为m、电荷量为-q的粒子从x轴上的M点以速度v沿y轴正方向进入第二象限,经y轴上N点沿x轴正方向射入第一象限,再从x轴上P点进入第四象限,经y轴上的Q点(图中未画出)射出磁场。已知第二、四象限匀强磁场的磁感应强度大小均为(d为已知量),粒子在P点的速度与x轴正方向成45°角,不计粒子的重力。求: 如图,直角坐标系中,第Ⅰ象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场。第Ⅱ、Ⅲ象限中有两平行板电容器、,其中垂直轴放置,极板与轴相交处存在小孔、;垂直轴放置,上、下极板右端分别紧贴轴上的、点。一带电粒子从静止释放,经电场直线加速后从射出,紧贴下极板进入,而后从进入第Ⅰ象限;经磁场偏转后恰好垂直轴离开,运动轨迹如图中虚线所示。已知粒子质量为、带电量为,、间距离为,、的板间电压大小均为,板间电场视为匀强电场,不计重力,忽略边缘效应。求: 示波器是一种多功能电学仪器,它是由加速电场和偏转电场组成的。如图所示,质量为的带电粒子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的方向从正中间射入偏转电场,并从另一侧射出。已知带电粒子的电荷量为,加速电场电压为,偏转电场的极板长度为,两极板间的距离为,偏转电场极板间的电压为且可调节,不计粒子的重力。则下列说法正确的是 如图所示,轴右侧有一半径为的圆形匀强磁场区域,磁场圆与轴相切于原点,磁场方向垂直于平面向里,轴左侧有沿轴正方向的匀强电场。是轴上一点,与原点的距离为,一质量为、电荷量大小为的带负电粒子从点以初速度射出,速度方向与轴正方向夹角,粒子经过轴时速度方向与轴垂直,从磁场离开时速度方向与轴垂直,不计粒子重力。求: 如图所示的平面直角坐标系,在第一象限内有平行于轴的匀强电场,方向沿轴正方向;在第四象限的某个矩形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁场的上边界与轴重合。一质量为、电荷量为的粒子,从点以初速度沿轴正方向射入电场,通过电场后从点立即进入矩形磁场,经过磁场后从轴上的点离开磁场,且速度恰好沿轴。不计粒子所受的重力。求: 从雷电到电容器,从伏打电池到太阳能电池,人类对电现象的研究和应用,深深影响着人类文明的发展。
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