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高中 | 带电粒子在匀强电场中的偏转运动题目答案及解析如下,仅供参考!
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
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$m$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$q$,加速电场电压为$U_{1}$,偏转电场的极板长度为$L$,两极板间的距离为$d$,偏转电场极板间的电压为$U_{2}$且可调节,不计粒子的重力。则下列说法正确的是$(\qquad)$
粒子离开偏转电场时的动能为$q(U_{1}+U_{2})$
","同种电性的不同带电粒子,射出装置的位置相同
","减小$U_{2}$,带电粒子通过偏转电场的时间变长
","若粒子刚好从下极板边缘离开偏转电场,则$\\dfrac{U_2}{U_1}=\\dfrac{2{d^2}}{L^2}$
"]$\rm A$、对粒子从静止到离开偏转电场,由动能定理得:$E_{k}-0=W_{1}+W_{2}$
可知粒子离开偏转电场获得的动能等于加速电场做功$W_{1}$和偏转电场做功$W_{2}$,其中$W_{1}=qU_{1}$,$W_{2}\ne qU_{2}$
所以粒子离开偏转电场时的动能并不等于$q(U_{1}+U_{2})$,故$\rm A$错误;
$\rm B$、带电粒子在加速电场中,由动能定理有$q{U_1}=\dfrac{1}{2}mv_1^2$,可得${v_1}=\sqrt{\dfrac{2q{U_1}}{m}}$
带电粒子在偏转电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,由于粒子从另一侧射出,则在偏转电场极板间运动的时间为$t=\dfrac{L}{v_1}=L\sqrt{\dfrac{m}{2q{U_1}}}$
带电粒子在偏转电场极板间的加速度为$a=\dfrac{F}{m}=\dfrac{{U_2}q}{md}$
竖直方向的位移为$y=\dfrac{1}{2}a{t^2}=\dfrac{{U_2}{L^2}}{4{U_1}d}$
根据上式可知,带电粒子在电场中偏转,不同带电粒子均从同一位置射出,偏移量与比荷无关,只与装置本身有关,所以同种电性的不同带电粒子,射出装置的位置相同,故$\rm B$正确;
$\rm C$、减小偏转电压并不会影响离开偏转电场的时间,因为该时间由水平位移和水平速度决定,因此时间不变,故$\rm C$错误;
$\rm D$、若刚好从下极板边缘射出,根据偏移量公式有:$\dfrac{d}{2}=\dfrac{{U_2}{L^2}}{4{U_1}d}$,解得:$\dfrac{U_2}{U_1}=\dfrac{2{d^2}}{L^2}$,故$\rm D$正确。
故选:$\rm BD$。
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