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

如图所示,平行板电容器的两个极板$M$$N$长均为$L$,极板间距离为$d$、一个质量为$m$、电荷量为$q$的带电粒子从$M$板的左端沿板方向以速度$v_{0}$射入极板间,粒子恰好从$N$板的右端射出。不计粒子的重力和空气阻力。求$M$$N$间的电压$U$

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$U=\\dfrac{2mv_{0}^{2}d^{2}}{qL^{2}}$

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粒子在两极板间做类平抛运动,有$L=v_{0}t$$d=\dfrac{1}{2}at^{2}$

$a=\dfrac{qE}{m}$$E=\dfrac{U}{d}$

联立解得$U=\dfrac{2mv_{0}^{2}d^{2}}{qL^{2}}$

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离子注入机是研究材料辐照效应的重要设备,其工作原理如图所示。从离子源释放的正离子(初速度视为零)经电压为的电场加速后,沿方向射入电压为的电场(为平行于两极板的中轴线)。极板长度为、间距为,关系如图所示。长度为的样品垂直放置在距极板处,样品中心位于点。假设单个离子在通过区域的极短时间内,电压可视为不变,当时。离子恰好从两极板的边缘射出。不计重力及离子之间的相互作用。下列说法正确的是 电子发生装置,产生初速度为的电子,经过加速电场的加速,进入偏转电场的运动,最后打在荧光屏上,加速电场两板间电势差为,偏转电场两板间电势差为且上板带负电,板长为,板间距为,偏转电场与荧光屏的距离为,知电子的质量为、电荷量为,其重力不计。分析: 如图所示,虚线左侧有一电场强度为的匀强电场,在两条平行的虚线和之间存在着宽为、电场强度为的匀强电场,在虚线右侧相距为处有一与电场平行的屏。现将一电子(电荷量为,质量为)无初速度地放入电场中的点,与虚线的间距为,最后电子打在右侧的屏上,连线与屏垂直,垂足为,求: 精密条纹相机通过将时域信号转换成空间信息可实现超短激光脉冲持续时间的测量,其简化原理如图所示。某个待测激光脉冲的持续时间为,经过狭缝和聚焦透镜入射至真空条纹管的光电阴极中心。由于光电效应,产生与输入激光脉冲持续时间相同的电子脉冲。电子脉冲先后经加速和偏转等过程打到荧光屏上。阳极与光电阴极间的加速电压为,距离为。偏转极板间距和长度分别为和,其左端与阳极的距离为,右端与荧光屏的距离为。光电效应产生电子的初速度忽略不计,电子不会打到偏转极板上。电子质量为,电荷量为,不考虑电场力和相对论效应,以及电子之间相互作用。所有元件的中心在同一条直线上,并以荧光屏中心为原点、竖直方向为轴建立坐标系。(普朗克常量,光速) 示波管是电子示波器的心脏。如图甲所示,它由电子枪、竖直方向偏转极板、水平方向偏转极板 和荧光屏组成。极板ʹ的长度为 ,间距为 ,极板两端加一定电压,其间的电场可视为匀强电场,忽略极板的边缘效应;极板间电压为零。电子刚离开金属丝时速度为零,从电子枪射出后以速度 沿极板中心线进入偏转极板,已知电子电荷量为 ,质量为 ,不计电子受到的重力。 如图所示,一质量、电荷量的带正电的粒子由静止经加速电场加速后,又沿极板中心轴线从点垂直进入偏转电场,并从另一侧射出打在竖直荧光屏上的点(图中未画出)。点是荧光屏的中心,已知加速电场电压,偏转电场电压,偏转电场极板的长度,板间距离,极板的右端到荧光屏的距离。不计粒子重力,求:
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