如图所示.在正交坐标系xOy的第一.四象限内分别存在两个大小相等.方向不同的匀强电场.两组平行且等间距的实线分别表示两个电场的电场线.每条电场线与x轴所夹的锐角均为60°.一质子从y轴上某点A沿着垂直于电场线的方向射入第一象限.仅在电场力的作用下第一次到达x轴上的B点时速度方向正好垂直于第四象限内的电场线.之后第二次到达x轴上的C点．求OB与BC的比值. 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

如图所示，在正交坐标系xOy的第一、四象限内分别存在两个大小相等、方向不同的匀强电场，两组平行且等间距的实线分别表示两个电场的电场线，每条电场线与x轴所夹的锐角均为60°.一质子从y轴上某点A沿着垂直于电场线的方向射入第一象限，仅在电场力的作用下第一次到达x轴上的B点时速度方向正好垂直于第四象限内的电场线，之后第二次到达x轴上的C点．求OB与BC的比值。

解析试题分析：质子的运动轨迹如图所示：

设质子在电场中运动的加速度为a，在A、B两点的速度分别为v₀、v，经历时间为t₁，作AM垂直于v₀方向，BM平行于v₀方向，过交点M作x轴的垂线，垂足为N，则
由几何关系　       （1分）
　       （1分）
由题意知v与v₀的夹角为60°，根据平抛运动规律可知：
沿垂直于v₀方向的位移     （1分）
沿平行于v₀方向的位移   （1分）
在B点，沿垂直于v₀方向的速度分量　   （1分）
沿平行于v₀方向的速度分量　     （1分）
联立解得　    （1分）
设质子从B到C经历时间为t₂，作BP垂直于v方向，CP平行于v方向，根据平抛运动规律可知：
沿PC方向　     （1分）
沿BP方向　    （1分）
联立解得
综上可知　       （2分）
考点：带电粒子在匀强电场中的运动

练习册系列答案

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（22分）离子推进器是太空飞行器常用的动力系统，某种推进器设计的简化原理如图1所示，截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区。I为电离区，将氙气电离获得1价正离子II为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场。I区产生的正离子以接近0的初速度进入II区，被加速后以速度v_M从右侧喷出。I区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子。假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图2所示（从左向右看）。电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角（0<α<90^?）。推进器工作时，向I区注入稀薄的氙气。电子使氙气电离的最小速度为v₀，电子在I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好。已知离子质量为M；电子质量为m，电量为e。（电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞）。

（1）求II区的加速电压及离子的加速度大小；
（2）为取得好的电离效果，请判断I区中的磁场方向（按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”）；
（3）α为90^?时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v的范围；
（4）要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率v_M与α的关系。

如图所示，带等量异种电荷的两块相互平行的金属板AB、CD长都为L，两板间距为d，其间为匀强电场，当两极板电压U₀为时，有一质量为m，带电量为q的质子紧靠AB板上的上表面以初速度V₀射入电场中，设质子运动过程中不会和CD相碰，求：

(1)当t= L/2V₀时，质子在竖直方向的位移是多大?
(2)当t= L/2V₀时，突然改变两金属板带电性质，且两板间电压为U₁，质子恰能沿B端飞出电场，求电压U₁、U₀的比值是多大?

如图所示，水平放置的平行板电容器，与某一电源相连，它的极板长L＝0.4 m，两板间距离d＝4×10^－³ m，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度v₀从两板中央平行极板射入，开关S闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下板的正中央，已知微粒质量为m＝4×10^－5 kg，电量q＝＋1×10^－8 C．(g＝10 m/s²)求：

(1)微粒入射速度v₀为多少？
(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的正极还是负极相连？
所加的电压U应取什么范围？

如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图．在xOy平面的第一象限，存在以x轴、y轴及双曲线的一段(0≤x≤L,0≤y≤L)为边界的匀强电场区域Ⅰ；在第二象限存在以x＝－L、x＝－2L、y＝0、y＝L的匀强电场区域Ⅱ.两个电场大小均为E，不计电子所受重力，电子的电荷量为e，则：

(1)求从电场区域Ⅰ的边界B点（B点的纵坐标为L）处由静止释放电子，到达区域Ⅱ的M点时的速度；
(2) 求（1）中的电子离开MNPQ时的坐标；
(3)证明在电场区域Ⅰ的AB曲线上任何一点处，由静止释放电子恰能从MNPQ区域左下角P点离开；

（15分）如图所示，两个板长均为L的平板电极，平行正对放置，两极板相距为d，极板之间的电势差为U，板间电场可以认为是匀强电场。一个带电粒子（质量为m，电荷量为+q）从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板边缘。忽略重力和空气阻力的影响。求：

（1）极板间的电场强度E的大小；
（2）该粒子的初速度v₀的大小；
（3）该粒子落到下极板时的末动能E_k的大小。

（10分）两根光滑的长直金属导轨MN、M′N′平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、M′处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C.长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中．ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为x的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q.求：

(1)ab运动速度v的大小；
(2)电容器所带的电荷量q.

（10分）如图所示，甲图是用来使带正电的离子加速和偏转的装置．乙图为该装置中加速与偏转电场的等效模拟．以y轴为界，左侧为沿x轴正向的匀强电场，场强为E；右侧为沿y轴负方向的匀强电场。已知OA⊥AB，OA＝AB，且OB间的电势差为U₀。若在x轴的C点无初速地释放一个电荷量为q、质量为m的正离子(不计重力)，结果正离子刚好通过B点．求：

(1)CO间的距离d；
(2)粒子通过B点的速度大小．

如果在示波器偏转电极XX'和YY'上都没加电压，电子束从金属板小孔射出后将沿直线运动，打在荧光屏上，在那里产生一个亮斑．如果在偏转电极XX'上不加电压，只在偏转电极YY'上加电压，电子在偏转电极YY'的电场中发生偏转，离开偏转电极YY'后沿直线前进，打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生位移y'，如图乙所示．

（1）设偏转电极YY'上的电压为U、板间距离为d，极板长为l₁，偏转电极YY'到荧光屏的距离为l₂．电子所带电量为e、质量为 m，以v₀的速度垂直电场强度方向射入匀强电场，如图乙所示．试求y'＝？
（2）设电子从阴极射出后，经加速电场加速，加速电压为U；从偏转电场中射出时的偏移量为y．在技术上我们把偏转电场内单位电压使电子产生的偏移量（即y/U）称为示波管的灵敏度φ，试推导灵敏度的表达式，并提出提高灵敏度可以采用的方法．

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