组卷网 > 高中物理综合库 > 电磁学 > 静电场 > 带电粒子在电场中的运动 > 带电粒子(微粒)在匀强电场中的直线运动 > 带电粒子在匀强电场中的直线运动
题型:解答题 难度:0.4 引用次数:947 题号:6203378
如图所示,MN为平行金属板,N板上有一小孔Q,一个粒子源PM板附近,可释放初速度为零,质量为m,电荷量为q的带正电的粒子,粒子经板间加速电场加速后,从小孔Q射出,沿半径为R的圆筒上的小孔E进入圆筒,筒里有平行于筒内中心轴的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,筒上另一小孔F与小孔E、Q、P在同一直线上,该直线与磁场垂直,E、F连线为筒的直径,粒子进入筒内磁场偏转,与筒壁碰撞后速度大小不变,方向反向,不计粒子的重力.

(1)要使粒子以速度v进入磁场,MN间的电压为多大?
(2)若粒子与筒壁碰撞一次后从F点射出,粒子在磁场中运动的时间为多少?
(3)若粒子从E点进入磁场,与筒壁发生三次碰撞后从F点射出,则粒子在磁场中运动的路程为多少?(已知tan22.5°=)

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【推荐1】(1)电荷之间的作用力是通过电场产生的,地球对物体的万有引力也可认为是通过“引力场”来实现的。请类比电场强度的定义方法,写出地球“引力场强度”的定义式,并结合万有引力定律,推导距离地心为处的引力场强度的表达式,已知万有引力常量为G。(请对其中涉及的物理量做出必要说明)
(2)经典电磁理论认为:当金属导体两端电压稳定后,导体中产生分布不随时间变化的恒定电场。恒定电场中,任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化,它的基本性质与静电场相同,在恒定电场的作用下,金属中的自由电子做定向加速运动,在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞,每次碰撞后定向移动的速度减为0。碰撞阻碍了自由电子的定向运动,结果是大量自由电子定向移动的平均速度不随时间变化。某种金属中单位体积内的自由电子数量为n,自由电子的质量为m,所带电荷量为e,如图所示,由该种金属制成的长为L,横截面积为S的圆柱形金属导体,将其两端加上恒定电压U。为了简化问题,假设自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为
a自由电子从静止开始加速时间为时的速度v
b求金属导体中的电流I
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【推荐2】如图所示,粗糙、绝缘的直轨道OB固定在水平桌面上,B端与桌面边缘对齐,A是轨道上一点,过A点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小E=1.5×106N/C,方向水平向右的匀强电场.带负电的小物体P电荷量是2.0×106C,质量m=0.25kg,与轨道间动摩擦因数μ=0.4,P从O点由静止开始向右运动,经过0.55s到达A点,到达B点时速度是5m/s,到达空间D点时速度与竖直方向的夹角为α,且tanα=1.2。P在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力F作用,F大小与P的速率v的关系如表所示.P视为质点,电荷量保持不变,忽略空气阻力,取g=10 m/s2,求:

(1)小物体P从开始运动至速率为2m/s所用的时间;
(2)小物体PA运动至D的过程,电场力做的功。
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【推荐3】如图所示,在第一、四象限有垂直于纸面向里和向外的磁场区域Ⅰ和Ⅱ,OM 是两磁场区域的交界线,两区域磁场磁感应强度大小相同 B =0.1T,OMx 轴正方向夹角为α。在第二、三象限存在着沿 x 轴正向的匀强电场,电场强度大小E= 1×104V/m。一带正电的粒子,质量m=1.6×10 −24kg、电荷量q=1.6×10−15C,由 x 轴上某点 A 静止释放,经电场加速后从 O 点进入Ⅱ区域磁场(带电粒子的重力不计)
(1)若 OA 距离l1=0.2m,求粒子进入磁场后,做圆周运动的轨道半径大小R1
(2)要使经电场加速后,从O 点进入磁场的所有带电粒子仅在第一象限区域内运动,设计两磁场区域大小时,角α最大不能超过多少?
(3)若=30°,OM 上有一点 P(图中未画出),距 O 点距离l2=0.3πm。上述带正电的粒子从 x 轴上某一位置 C 由静止释放,以速度 v 运动到 O 点后能够通过 P 点,v 等于多大时,该粒子由 C 运动到 P 点总时间最短,并求此最短时间。
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共计 平均难度:一般