| 带电粒子在交变电场中的运动 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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

带电粒子在交变电场中的运动

图甲为直线加速器原理示意图,它由多个截面积相同的同轴金属圆筒组成,奇数序号与偶数序号圆筒分别与交变电源相连,交变电源两极间电压变化规律如图乙。在$t$$=0$时,奇数圆筒比偶数圆筒电势高,此时序号为$0$的金属圆板中央有一电子由静止开始在各狭缝间不断加速。若电子质量为$m$,电荷量为$e$,交变电源电压大小为$U$,周期为$T$。不考虑电子的重力和相对论效应,且忽略电子通过狭缝的时间。下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

金属圆筒$1$$2$$3$的长度之比为$1:2:3$

","

电子离开圆筒$1$时的速度为进入时速度的两倍

","

$n$个圆筒的长度应满足$L=\\sqrt{\\dfrac{\\text{2}neU}{m}}\\cdot T$

","

进入第$n$个圆筒时电子的速率为$\\sqrt{\\dfrac{\\text{2}neU}{m}}$

"]
[["D"]]

$\rm ACD$.由于电子每经过圆筒狭缝时都要加速,进入圆筒后做匀速运动,所以电子在筒内运动的时间均为$\dfrac{T}{2}$,电子在加速过程中加速度相同,经过$n$次加速后,根据动能定理有:$n{{U}_{\text{e}}}=\dfrac{1}{2}m{{v}_{n}}^{2}-0$,解得$v_{n}=\sqrt{\dfrac{2nUe}{m}}$

不计缝隙时间,电子在圆筒内的时间均为$\dfrac{T}{2}$,则$L_{n}=v_{n}\cdot\dfrac{T}{2}=T\sqrt{\dfrac{nUe}{2m}}$,所以金属圆筒$1$$2$$3$的长度之比为${{L}_{1}}:{{L}_{2}}:{{L}_{3}}=\sqrt{1}:\sqrt{2}:\sqrt{3}$,故$\rm AC$错误,$\rm D$正确;

$\rm B$.由于电子在筒内做匀速直线运动,所以电子离开圆筒$1$时的速度等于进入时的速度,故$\rm B$错误;

故选$\rm D$

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匀强电场的电场强度随时间变化的图像如图所示。当时,在此匀强电场中由静止释放一个带正电的粒子,带电粒子只受静电力的作用,下列说法正确的是 如图甲所示,在水平放置平行金属板、左侧有一线状粒子发射源(图中未画出),能发出宽度为、速度相同的带正电粒子束。时刻该粒子束恰好完全水平进入平行金属板间。已知粒子束的速度,比荷,两板间距为,板长,极板间加如图乙所示的交变电压。不考虑电容器的边缘效应,也不考虑击中极板的粒子对板间电压的影响,不计粒子重力和粒子间的相互作用力。则粒子射出电场时的位置到板的距离至少为 如图()所示,两平行正对的金属板、间加有如图()所示的交变电压,一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间处。若在时刻释放该粒子,粒子会时而向板运动,时而向板运动,并最终打在板上。则可能属于的时间段是 如图所示,在平面直角坐标系第三象限存在竖直向上的匀强电场,场强大小为;第二象限存在水平向右的匀强电场,场强大小也为;第一象限存在水平向左的匀强电场,场强大小为。一质量为、电荷量为的正离子从 点由静止释放,点位置坐标为(,),不计该离子的重力。 如图甲所示,粒子射线管由平行于轴的平行金属板、组成,、板长度和板间距均为,、板中间有平行于轴的绝缘细管,开口在轴上。粒子源放置在极板左下端,可以沿特定方向发射粒子。当、板加上某一电压时,粒子刚好能以速度水平进入细管,保持速度不变,再进入静电分析器中做匀速圆周运动,已知静电分析器中电场线的方向均沿半径方向指向圆心,粒子在静电分析器中运动的轨迹半径为。之后粒子垂直轴进入第四象限(此时对应图乙时刻),施加如图乙所示沿轴方向的交变电场。规定沿轴正方向为电场正方向。已知粒子电荷量大小为,质量为,重力不计。求: 如图甲所示,、两极板与交变电源相连,交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示, 板的电势为,质量为,电荷量为的电子仅在电场力作用下,在 时刻从 板的小孔处由静止释放进入两极板间运动,恰好能到达板,则
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