题目内容

17.一带电荷量q=6.4×10-19C、质量m=1.6×10-25kg的初速度为零的粒子,经电压U=200V的加速电场加速后,沿垂直于电场线方向进入电场强度大小E=10V/m的匀强偏转电场.已知粒子在穿越偏转电场过程中沿电场强度方向的位移为5cm,不计粒子所受重力,求:
(1)带电粒子进入偏转电场时的速度;
(2)带电粒子在偏转电场中运动的时间;
(3)偏转电场的宽度.

分析 (1)带电粒子在加速电场中做匀加速直线运动,根据动能定理求出加速度后的速度;
(2)(3)进入偏转电场后做类平抛运动,垂直于场强方向做匀速运动,沿电场方向做匀加速直线运动,根据运动学基本公式即可求解.

解答 解:(1)带电粒子在加速电场中做匀加速直线运动,根据动能定理得:
$qU=\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}-0$
解得:
${v}_{0}=\sqrt{\frac{2qU}{m}}=\sqrt{\frac{2×6.4×1{0}^{-19}×200}{1.6×1{0}^{-25}}}$=4×104m/s
(2)进入偏转电场后做类平抛运动,则:
a=$\frac{qE}{m}$=$\frac{6.4×1{0}^{-19}×10}{1.6×1{0}^{-25}}$=4×107m/s2
对竖直分运动,有:
y=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$
解得:
t=$\sqrt{\frac{2y}{a}}=\sqrt{\frac{2×0.05}{4×1{0}^{7}}}$s=5×10-5s
(3)对水平分运动,有:
L=v0t=4×104m/s×5×10-5s=2m
答:(1)带电粒子进入偏转电场时的速度为4×104m/s;
(2)带电粒子在偏转电场中运动的时间为5×10-5s;
(3)偏转电场的宽度为2m.

点评 注意类平抛运动水平分运动与竖直分运动具有等时性,结合匀速运动与匀变速运动规律解题.

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