如图所示,长L=8cm的两平行金属板A、B,两板间距离d=8cm,A板比B板电势高300V.一带正电的粒子电荷量q=10-10c,质量m=10-20kg,沿电场

如图所示,长L=8cm的两平行金属板A、B,两板间距离d=8cm,A板比B板电势高300V.一带正电的粒子电荷量q=10-10c,质量m=10-20kg,沿电场

题型:不详难度:来源:
如图所示,长L=8cm的两平行金属板A、B,两板间距离d=8cm,A板比B板电势高300V.一带正电的粒子电荷量q=10-10c,质量m=10-20kg,沿电场中心线RO垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后,进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域,(设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响).已知两界面MN、PS相距L´=12cm,D是中心线RO与界面PS的交点,O点在中心线上,粒子穿过界面PS后绕固定在O点的点电荷做匀速圆周运动,最后打在放置于中心线上的荧光屏bc上.(静电力常量k=9.0×109Nm2/c2
(1)在图上粗略画出粒子运动的轨迹;
(2)粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离y和到达PS界面时离D点的距离Y分别是多少?
(3)确定点电荷Q的电性并求其电荷量的大小.魔方格
答案
(1)第一段抛物线,第二段直线,第三段圆弧.如图          
魔方格

(2)设粒子从电场中飞出时的侧向位移为h,穿过界面PS时偏离中心线OR的距离为y,则:
a=
qE
m
=
qU
md
                           
t=
L
v0
        
整理即:y=
1
2
at2=
qUL2
2md
v20
   
代入数据,解得:y=0.03m=3cm        
设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为θ,沿电场方向的速度为vy,则可列
vy=at=
qUL
mdv0
  代入数据,解得:vy=1.5×106m/s               
tanθ=
vy
v0
 带入得  tanθ=
vy
v0
=
3
4
    则θ=37°                  
到达PS界面时离D点的距离Y=y+L´tanθ                                 
代入数据,解得:Y=0.12m=12cm                                         
(3)由粒子的偏转方向可知点电荷的电性为负电                            
由上一问可得粒子从电场中飞出时的速度为:v=


v20
+
v2y
=2.5×106
m/s                       
匀速圆周运动的半径:r=
Y
cosθ
=0.15
m                           
由:k
Qq
r2
=m
v2
r
                                           
Q=
mv2r
kq
   代入数据,解得:Q=1.04×10-8C   
 答:(1)粒子运动的轨迹如图所示;
(2)求粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离为3cm;到达PS界面时离D点12cm;
(3)Q带负电,电荷量为Q=1.04×10-8C.
举一反三
如图所示,有三个质量相等,分别带正电,负电和不带电的小球,从上、下带电平行金属板间的P点.以相同速率垂直电场方向射入电场,它们分别落到A、B、C三点,则(  )
A.A带正电、B不带电、C带负电
B.三小球在电场中运动时间相等
C.在电场中加速度的关系是aC>aB>aA
D.到达正极板时动能关系EA>EB>EC
魔方格
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如图(a)所示,两个平行金属板P、Q竖直放置,两板间加上如图(b)表示的电压.t=0时,Q板比P板电势高5V,此时在两板的正中央M点有一个电子,速度为零,电子在电场力作用下运动.使得电子的位置和速度随时间变化.假设电子始终未与两板相碰,在0<t<8×10-10s的时间内,这个电子处于M点的右侧,速度方向向左且大小逐渐减小的时间是(  )
A.6×10-10s<t<8×10-10sB.4×10-10s<t<6×10-10s
C.2×10-10s<t<4×10-10sD.0<t<2×10-10s
魔方格
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如图所示在Oxy平面内,存在两个场强大小均为E的匀强电场M和N.M电场的方向沿y轴正方向,右边界是y轴,上边界是一条直线,到x轴的距离为a,左边界和下边界都足够远;N电场的方向沿x轴正方向,左边界是y轴,上边界是一条直线,到x轴的距离为a,右边界是一条直线,到y轴的距离为a,下边界足够远.在x轴上坐标为(-a,0)的A点有一粒子源向Oxy平面内各个不同方向(不包括y轴正方向)发射不同速度大小的电子(不计电子所受重力,电子的质量为m,电量为e).求
(1)从粒子源射出后在电场中速度能为零的电子速度为零时的所有位置.
(2)从粒子源射出后在电场中速度能为零的电子从粒子源射出时的最小速度.魔方格
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竖直放置的平行金属板M、N相距d=0.2m,板长L0=5m,板间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,极板按如图所示的方式接入电路.足够长的、间距为L=1m的光滑平行金属导轨CD、EF水平放置,导轨间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度也为B.电阻为r=1Ω的金属棒ab垂直导轨放置且与导轨接触良好.已知滑动变阻器的总阻值为R=4Ω,滑片P的位置位于变阻器的中点.有一个质量为m=1.0×10-8kg、电荷量为q=+2.0×10-5C的带电粒子,从两板中间左端沿中心线水平射入场区.不计粒子重力.
(1)若金属棒ab静止,求粒子初速度v0多大时,可以垂直打在金属板上?
(2)当金属棒ab以速度v匀速运动时,让粒子仍以相同初速度v0射入,且从两板间沿直线穿过,求金属棒ab运动速度v的大小和方向.
(3)若将极板M、N间的磁场撤掉,其他条件不变,仍让粒子以相同初速度v0射入,要使粒子能打在极板上,则金属棒ab匀速运动的速度v至少多大?

魔方格
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如图所示,有三个质量相等,分别带正电、带负电和不带电的小球,从平行板电场的中点以相同的初速度垂直于电场方向进入电场,它们分别落在A、B、C三点,可以判断(  )
A.落在A点的小球带正电,落在B点的小球不带电
B.三个小球在电场中运动的时间相等
C.三个小球到达极板时的动能关系为EkA>EkB>EkC
D.三个小球在电场中运动时的加速度关系为aA>aB>aC
魔方格
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