| 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

如图,质量为$m$,电量为$q$的粒子从静止开始经电压为$U$的电场加速后,沿中轴线垂直进入长为$L$,宽为$d$的匀强偏转电场,恰好从极板右侧离开偏转电场。不计粒子重力。求:

粒子经过电场加速后进入偏转电场的速度大小$v$

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$\\sqrt{\\dfrac{2qU}{m}}$

"]]

粒子在加速电场中,由动能定理$qU=\dfrac{1}{2}mv^{2}$

解得粒子经过电场加速后进入偏转电场的速度大小为$v=\sqrt{\dfrac{2qU}{m}}$

偏转电场的场强大小$E$

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$\\dfrac{2Ud}{L^{2}}$

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粒子在偏转电场中做类平抛运动,设运动时间为$t$,有$L=vt$$\dfrac{d}{2}= \dfrac{1}{2}at^{2}$,加速度为$a= \dfrac{qE}{m}$

联立解得$E=\dfrac{2Ud}{L^{2}}$

粒子在偏转电场中的动能增加量$\Delta E_{k}$

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$\\dfrac{qUd^{2}}{L^{2}}$

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粒子在偏转电场中的动能增加量$\Delta E_{k}=qE \cdot \dfrac{d}{2}=\dfrac{qUd^{2}}{L^{2}}$

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如图所示,在直角坐标系的坐标平面内,边长为的正方形区域内有沿轴负方向的匀强电场,点在轴正半轴上,点在轴正半轴上,区域外有垂直于坐标平面向外的匀强磁场,在坐标为 ,点以大小为的速度沿轴正向射出一个质量为、带正电荷量为的粒子。粒子第一次经电场偏转从的中点射出电场,此后粒子恰好从点第二次进入电场,不计粒子的重力,求: 如图所示,光滑绝缘水平轨道上方的区域内有竖直向上的匀强电场,以点为坐标原点建立坐标系,在第一象限中有垂直纸面向外的匀强磁场。一质量为、电荷量为的绝缘小球从点出发,以初速度水平向右从点进入右侧电场区域,并且从点进入第一象限。已知,匀强电场场强大小,匀强磁场磁感应强度大小。小球可视为质点,全过程小球电荷量保持不变,不计空气阻力,重力加速度为。求: 如图甲,在第三象限有方可沿轴正向、电场强度的匀强电场,在第二象限有与轴成斜向下的匀强电场,在轴右侧有如图乙所示的交变磁场(垂直纸面向里为磁场的正方向,)。一质量为、电荷量为的带正电粒子,在点由静止释放,点坐标为,经轴上点进入第二象限,经轴上的点(图中未画出)垂直轴离开第二象限,与静止在点的另一质量也为、不带电的粒子相碰,碰后立即粘在一起进入第一象限,此时,磁场从零时刻开始计时,所有粒子均不计重力,,、、、、已知。求: 如图所示,在竖直平面直角坐标系中,轴上方空间覆盖有方向竖直向下的匀强电场,电场强度大小未知;轴下方空间覆盖有方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为。一质量为、电量为的带正电金属小球,由第二象限中的某点沿轴正方向以大小为的速度水平抛出,经过时间后,小球以与轴正方向成角的速度到达坐标原点,刚好与在点静止释放的金属小球弹性正碰;已知金属小球质量为,开始不带电,与小球碰后,获得小球一半电量:两球可以看成质点,忽略碰后两球间电荷的作用力和空气阻力,重力加速度大小为,,求: 某种喷墨打印机打印头的结构简图如图所示。其中喷盒可以喷出极小的墨汁微粒,此微粒经过带电室后以一定的初速度垂直射入偏转电场,再经偏转电场后打到纸上,显示出字符。忽略墨汁的重力,为了使打在纸上的字迹缩小,下列措施理论上可行的是 示波器的主要部件是示波管,示波管可简化为电子枪、偏转电极和荧光屏三部分。如图所示,某示波管的电子枪加速电压为,偏转电极板长和板间距均为,偏转电极右侧到荧光屏的距离为。当偏转电压为零时,电子刚好打到荧光屏的中心点,现加上偏转电压。已知电子的比荷为。求:
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