| 带电粒子在匀强电场中的偏转运动 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

带电粒子在匀强电场中的偏转运动

如图所示,质量为$m$、电荷量为$+q$的离子从$A$处由静止释放,经电场加速后沿图中圆弧虚线匀速率地通过静电分析器,再从$P$点垂直进入矩形有界匀强电场$CDQN$,电场左侧$QN$为离子接收屏。已知静电分析器通道内有均匀辐射方向分布的电场,加速电场的电压为$U$,圆弧虚线的半径为$R$$PN=d$,离子重力不计。求:

离子进入静电分析器时速度$v$的大小;

[["

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

"]]

离子在加速电场中加速,根据动能定理可得$qU=\dfrac{1}{2}mv^{2}$,解得$v=\sqrt{\dfrac{2qU}{m}}$

静电分析器圆弧虚线所在处电场强度$E$的大小;

[["

$E= \\dfrac{2U}{R}$

"]]

离子在辐向电场中电场力提供向心力,根据牛顿第二定律可得$qE=m\dfrac{v^{2}}{R}$,解得$E=\dfrac{2U}{R}$

若矩形匀强电场的场强$E_{0}= \dfrac{4U}{d}$,为确保离子打在屏上,屏$QN$至少要多长?

[["

$d$

"]]

离子做类平抛运动,有$d=\dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{qE_{0}}{m}t^{2}$,竖直方向,有$y=vt$,联立解得$y=d$,为确保离子打在屏上,屏$QN$至少为$d$

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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,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: 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,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: 图甲为某粒子控制装置的内部结构图,、为两块相距很近的平行金属板,板中央有正对小孔和,板右侧靠近板处有关于连线对称放置的平行金属板、,、长,板间距离,两板间加有恒定电压,其内部偏转电场视为匀强电场。在右侧相距也为处有一垂直连线放置的粒子接收屏(屏足够大)。一束带正电的粒子以相同的初动能源源不断地从小孔垂直板射向,粒子的带电量为。现在、板间加上图乙所示的周期性变化的电压,其中板电势低于板时,为负值。若不计粒子穿过、板所用的时间,忽略粒子重力及粒子间的相互作用。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
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