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(12分)如图所示,有一束电子流在经电压U=5000V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平形板间的匀强电场,若两板间距为d=1.0cm,板长 L="5.0cm" ,要使电子能从两板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?
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试题分析:加速过程,由动能定理:
进入偏转电场,有:
偏转距离:
;
能飞出的条件为:
;
联立解得:
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如图所示,K与虚线MN之间是加速电场,虚线MN与PQ之间是匀强电场,虚线PQ与荧光屏之间是匀强磁场,且MN、PQ与荧光屏三者互相平行,电场和磁场的方向如图所示,图中A点与O点的连线垂直于荧光屏.一带正电的粒子从A点离开加速电场,速度方向垂直于偏转电场方向射入偏转电场,在离开偏转电场后进入匀强磁场,最后恰好垂直地打在荧光屏上.已知电场和磁场区域在竖直方向足够长,加速电场电压与偏转电场的场强关系为U=
Ed,式中的d是偏转电场的宽度,磁场的磁感应强度B与偏转电场的电场强度E和带电粒子离开加速电场的速度v
0
关系符合表达式v
0
=
.若题中只有偏转电场的宽度d为已知量。
(1)画出带电粒子轨迹示意图。
(2)磁场的宽度L为多少?
(3)带电粒子在电场和磁场中垂直于v
0
方 向的偏转距离分别是多少?
如图所示,两块竖直放置的导体板间存在水平向左的匀强电场,板间距离为
。有一带电量为
、质量为
的小球(可视为质点)以水平速度从A孔进入匀强电场,且恰好没有与右板相碰,小球最后从B孔离开匀强电场,若A、B两孔的距离为
,重力加速度为
,求:
(1)两板间的电场强度大小;
(2)小球从A孔进入电场时的速度;
(3)从小球进入电场到其速度达到最小值,小球电势能的变化量为多少?
(15分)如图所示,极板A、B、K、P连入电路,极板P、K,A、B之间分别形成电场,已知电源电动势E=300V,电源内阻不计 ,电阻R
1
="2000KΩ," R
2
=1000KΩ,A、B两极板长
,间距
。一个静止的带电粒子,电荷量
、质量
,从极板K中心经 P、K间电场加速后,进入极板A、B间电场中发生偏转。(极板间电场可视为匀强电场且不考虑极板边缘效应,不计粒子重力)求:
⑴极板P、K之间电压U
PK
,A、B之间电压U
AB
⑵粒子刚进入偏转极板A、B时速度v
0
⑶粒子通过极板A、B时发生偏转距离y
(12分)如图所示电路中,电源电动势ε=18V,内阻r=1Ω,外电路中电阻R
2
=5Ω,R
3
=6Ω,平行板间距d=2cm,当滑动变阻器的滑动头P位于中点时,电流表的示数为2A,平行板间静止悬浮着一个电量q=8×10
-7
C带负电的微粒.电容器的电容C=50uF,
试求(1)滑动变组器R
1
的总阻值;(2)电容器所带的电量Q;(3)微粒的质量;(4)滑动变阻器P调到最上面,,电路稳定后微粒的加速度。(g=10m/s
2
)
如图所示,电子在电势差为U
1
的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U
2
的两块平行板间的电场中,入射方向跟极板平行,整个装置处于真空中,重力可忽略.在满足电子能射出平行板的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏角φ变大的是:
A.U
1
变大,U
2
变大
B.U
1
变小,U
2
变大
C.U
1
变大,U
2
变小
D.U
1
变小,U
2
变小
电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测得的。密立根油滴实验的原理如图所示:两块水平放置的平行金属板与电源相连接,上板带正电,下板带负电,油滴从喷雾器喷出后,由于与喷嘴摩擦而带负电,油滴散布在油滴室中,在重力作用下,少数油滴通过上面金属板的小孔进入(可认为初速度为0)平行金属板间,落到两板之间的匀强电场中。在强光照射下,观察者通过显微镜观察油滴的运动。
从喷雾喷出的小油滴可以视为球形,小油滴在空气中下落时受到的空气阻力f大小跟它下落的速度v的大小的关系是:f=6πηrv,式中r为油滴半径,η为粘滞系数。设重力加速度为g,不考虑油滴的蒸发。
(1)实验中先将开关断开,测出小油滴下落一段时间后达到匀速运动时的速度v
1
,已知油的密度为ρ,空气的密度为ρ′,粘滞系数为η,试由以上数据计算小油滴的半径r;
(2)待小球向下运动的速度达到v
1
后,将开关闭合,小油滴受电场力作用,最终达到向上匀速运动,测得匀速运动的速度v
2
,已知两金属板间的距离为d,电压为U。试由以上数据计算小油滴所带的电荷量q;
(3)大致(不要求精确的标度)画出油滴从进入平行金属板到向上匀速运动这段过程中的v—t图像(设竖直向下为正方向)。
(18分)如图甲所示,两个完全相同的平行板电容器PQ和MN,板间距离为d,极板长为L,极板厚度不计。将它们置于图示方向足够大的匀强磁场中,磁感应强度为B
0
,两电容器极板的左端和右端分别对齐,两电容器极板所加电压值相同。一质量为m、电荷量为+q、重力不计的粒子从极板P、Q间的中轴线O
1
O
2
左边缘的O
1
点,以速度v
0
沿O
1
O
2
匀速穿过电容器PQ,经过磁场偏转后沿极板M、N的中轴线O
3
O
4
做匀速直线运动,又经过磁场回到O
1
点,如此循环往复。不计电容器之外的电场对粒子运动的影响。求
(1)极板P、Q,M、N间所加电压的数值U。
(2)Q板和M板间的距离x。
(3)粒子从O
1
点开始运动到再次回到O
1
点所用的时间。
(4)若撤去电容器上所加的电压,将原磁场换作按图乙规律变化的磁场,取垂直纸面向里为磁场的正方向。粒子仍从O
1
点沿O
1
O
2
在0时刻以速度v
0
进入电容器PQ,在
时刻恰好从P板右边缘水平射出(
为未知量)。则B
1
为多少?
(10分)在如图所示的xoy平面内(y轴的正方向竖直向上)存在着水平向右的匀强电场,有带正电的小球自坐标原点O沿y轴的正方向竖直向上抛出,它的初动能为5J,不计空气阻力,当它上升到最高点M时,动能为4J.
(1)试分析说明带电小球被抛出后沿竖直方向和水平方向分别做什么运动;
(2)若带电小球落回到x轴上的P点,在图中标出P点的位置,并大致绘出其轨迹;
(3)求带电小球到达P点的动能.
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