题目内容
(1)设离子的比荷为k(k=q/m),如a、b间的加速电压为U1,试求离子进入偏转电场时的初速度v0;
(2)当a、b间的电压为U1时,在从M、N间加上适当的电压U2,离子从脉冲阀P喷出到到达探测器的全部飞行时间为t.请推导出离子比荷k的表达式:
(3)在某次测量中探测器始终无法观察到离子,分析原因是离子偏转量过大,打到极板上,请说明如何调节才能观察到离子?
分析:(1)根据动能定理求出离子进入偏转电场时的初速度.
(2)电荷在加速电场中做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求出加速的加速度,根据速度时间公式求出匀加速运动的时间;在偏转电场中做类平抛运动,根据水平方向上做匀速直线运动求出类平抛运动的时间,抓住总时间为t得出离子比荷k.
(3)电荷在偏转电场中,做类平抛运动,根据水平方向上的匀速直线运动求出运动的时间,根据竖直方向上的匀加速直线运动求出偏转的位移,看与什么因素有关.
(2)电荷在加速电场中做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求出加速的加速度,根据速度时间公式求出匀加速运动的时间;在偏转电场中做类平抛运动,根据水平方向上做匀速直线运动求出类平抛运动的时间,抓住总时间为t得出离子比荷k.
(3)电荷在偏转电场中,做类平抛运动,根据水平方向上的匀速直线运动求出运动的时间,根据竖直方向上的匀加速直线运动求出偏转的位移,看与什么因素有关.
解答:解:(1)设离子的带电量为q,质量为m,有:
qU1=
mv02
得:v0=
=
(2)设离子在加速电场和偏转电场中的飞行时间分别为t1和t2,在加速电场中的加速度为a1,
则:a1=
=
t1=
=d
t2=
=
t=t1+t2
联立解得:k=
(3)设离子在偏转电场中的侧移量为y,则:
y=
a2t22=
=
所以减小偏转电压U2,或增大加速电压U1
答:(1)离子进入偏转电场时的初速度为
.
(2)离子比荷k的表达式
(3)减小偏转电压U2,或增大加速电压U1
qU1=
| 1 |
| 2 |
得:v0=
|
| 2kU1 |
(2)设离子在加速电场和偏转电场中的飞行时间分别为t1和t2,在加速电场中的加速度为a1,
则:a1=
| qU1 |
| md |
| kU1 |
| d |
t1=
| v0 |
| a1 |
|
t2=
| L1 |
| v0 |
| L1 | ||
|
t=t1+t2
联立解得:k=
| (2d+L1)2 |
| 2t2U1 |
(3)设离子在偏转电场中的侧移量为y,则:
y=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| kU2 |
| L2 |
| L12 |
| 2kU1 |
| U2L12 |
| 4U1L2 |
所以减小偏转电压U2,或增大加速电压U1
答:(1)离子进入偏转电场时的初速度为
| 2kU1 |
(2)离子比荷k的表达式
| (2d+L1)2 |
| 2t2U1 |
(3)减小偏转电压U2,或增大加速电压U1
点评:本题考查了电荷的加速与电荷的偏转,关键将电荷的偏转进行分解,知道在水平方向和竖直方向上的运动规律.
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