| 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

| 带电粒子在交变电场中的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

带电粒子在交变电场中的运动

如图甲所示,$\alpha$粒子射线管由平行于$x$轴的平行金属板$A$$B$组成,$A$$B$板长度和板间距均为$L$$A$$B$板中间有平行于$x$轴的绝缘细管$C$,开口在$y$轴上。粒子源$P$放置在$A$极板左下端,可以沿特定方向发射$\alpha$粒子。当$A$$B$板加上某一电压时,$\alpha$粒子刚好能以速度$v$水平进入细管$C$,保持速度不变,再进入静电分析器中做匀速圆周运动,已知静电分析器中电场线的方向均沿半径方向指向圆心$O$$\alpha$粒子在静电分析器中运动的轨迹半径为$L$。之后$\alpha$粒子垂直$x$轴进入第四象限(此时对应图乙$t=0$时刻),施加如图乙所示沿$x$轴方向的交变电场。规定沿$x$轴正方向为电场正方向。已知$\alpha$粒子电荷量大小为$q$,质量为$m$,重力不计。求:

静电分析器中的场强大小$E_{0}$

[["

$\\dfrac{mv^{2}}{qL}$

"]]

在静电分析器中,由牛顿第二定律有$q \cdot E_{0}=m\dfrac{v^{2}}{r}$

可得$E_{0}=\dfrac{mv^{2}}{qL}$

$\alpha$粒子从粒子源$P$发射时的初速度大小;

[["

$\\sqrt{2}v$

"]]

由题意可知,$\alpha$粒子的运动可以认为反方向的类平抛运动,设运动时间为$t$,则有

水平方向有$L=vt$

竖直方向有$\dfrac{L}{2}=\dfrac{0+v_{y}}{2} \cdot t$

则初速度大小$v_{0}=\sqrt{v^{2}+{v_{y}}^{2}}$

解得$v_{0}=\sqrt{2}v$

$t=T$时,$\alpha$粒子的坐标。

[["

$(L,-vT)$

"]]

$\alpha$粒子进入第四象限做类平抛运动。第一个$\dfrac{T}{4}$内做匀加速直线运动,第二个$\dfrac{T}{4}$内做匀减速直线运动,第三个$\dfrac{T}{4}$内反向匀加速,第四个$\dfrac{T}{4}$内再匀减速。由运动的对称性可知$\alpha$粒子在$x$轴上一个周期内的位移为$0$,在$-y$方向上$\alpha$粒子做匀速直线运动,故$t=T$时,$\alpha$粒子的纵坐标为$y=−vT$

$t=T$时,$\alpha$粒子的坐标为$(L,-vT)$

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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,真空中相距的两块平行金属板、与电源连接,板接地,板电势变化的规律如图乙所示。将一个质量为电荷量为的粒子在时刻从紧临板小孔处无初速度释放,粒子恰好不能到达板,粒子重力不计。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 如图为范围足够大的匀强电场的电场强度随时间变化的关系图像。当时,在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子,设带电粒子只受电场力的作用,则下列说法中正确的是 在如图甲所示的平行板电容器、两板上加上如图乙所示的交流电压,开始时板的电势比板的高。这时在两板中间的电子由静止在静电力作用下开始运动,设电子在运动中不与极板发生碰撞,则下列说法正确的是(不计电子重力) 平行板间加如图乙所示的周期性变化的电压,时板带正电,如图甲所示,一带正电的粒子紧靠板,从时刻开始将其释放,运动过程无碰板情况。粒子运动的速度时间图像正确的是

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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

1、如图甲所示,$\alpha$粒子射线管由平行于$x$轴的平行金属板$A$$B$组成,$A$$B$板长度和板间距均为$L$$A$$B$板中间有平行于$x$轴的绝缘细管$C$,开口在$y$轴上。粒子源$P$放置在$A$极板左下端,可以沿特定方向发射$\alpha$粒子。当$A$$B$板加上某一电压时,$\alpha$粒子刚好能以速度$v$水平进入细管$C$,保持速度不变,再进入静电分析器中做匀速圆周运动,已知静电分析器中电场线的方向均沿半径方向指向圆心$O$$\alpha$粒子在静电分析器中运动的轨迹半径为$L$。之后$\alpha$粒子垂直$x$轴进入第四象限(此时对应图乙$t=0$时刻),施加如图乙所示沿$x$轴方向的交变电场。规定沿$x$轴正方向为电场正方向。已知$\alpha$粒子电荷量大小为$q$,质量为$m$,重力不计。求:

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解答题

1.1、静电分析器中的场强大小$E_{0}$

解答题

$\alpha$1.2、粒子从粒子源$P$发射时的初速度大小;

解答题

1.3、当$t=T$时,$\alpha$粒子的坐标。

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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。

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