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(2017·湖北黄冈中学高二周末考)如图所示,两平行金属板A、B长L=8 cm,...

(2017·湖北黄冈中学高二周末考)如图所示,两平行金属板A、B长L=8 cm,两板间距离d=8 cm,A板比B板电势高300 V,一不计重力的带正电的粒子电荷量q=10–10 C,质量m=10–20 kg,沿电场中心线RD垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106 m/s,粒子飞出平行板电场后可进入界面MN、PS间的无电场区域。已知两界面MN、PS相距为12 cm,D是中心线RD与界面PS的交点。

(1)粒子穿过MN时偏离中心线RD的距离以及速度大小?

(2)粒子到达PS界面时离D点的距离为多少?

(3)设O为RD延长线上的某一点,我们可以在O点固定一负点电荷,使粒子恰好可以绕O点做匀速圆周运动,求在O点固定的负点电荷的电量为多少?(静电力常数k=9.0×109 N·m2/C2,保留两位有效数字)

 

(1) (2) (3) 【解析】(1)粒子进入A、B后应做类平抛运动,设在A、B板间运动时加速度大小为a,时间为t1,在MN界面处速度为v,沿MN的分速度为vy,偏转位移为y,v与水平夹角为α,运动轨迹如图 则:① ② ③ ④ ⑤ 由以上各式,代入数据求得: ,, 故粒子通过MN界面时的速度为: (2)带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动,其运动轨迹与PS线交于a点,设a到中心线的距离为Y 则: 解得: (3)粒子穿过界面PS后将绕电荷Q做匀速圆周运动,设圆周运动的半径为r,由几何关系得:,即 由得: 【名师点睛】(1)由类平抛知识,带入数值便可求出偏离RD的距离;带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动,求出时间即可知道aD的距离;(2)库仑力提供向心力,根据牛顿第二定律联合即可求得电量及其电性。  
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(2017·山西大学附中高二期中)飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析。飞行时间质谱仪主要由脉冲阀、激光器、加速电场、偏转电场和探测器组成,探测器可以在轨道上移动以捕获和观察带电粒子。整个装置处于真空状态。加速电场和偏转电场电压可以调节,只要测量出带电粒子的飞行时间,即可以测量出其比荷。如图所示,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生不同价位的离子,自a板小孔进入a、b间的加速电场,从b板小孔射出,沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区,到达探测器。已知加速电场ab板间距为d,偏转电场极板M、N的长度为L1,宽度为L2。不计离子重力及进入a板时的初速度。

(1)设离子的比荷为k(k=q/m),当a、b间的加速电压为U1,在M、N间加上适当的电压U2,试求离子进入偏转电场时的初速度v;以及探测器偏离开中线的距离y。

(2)当a、b间的电压为U1时,在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。

 

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(2017·云南云天化中学高二期中)如图所示,虚线MN左侧有一场强为E1=E的匀强电场,在两条平行的虚线MN和PQ之间存在着宽为L、电场强度为E2=2E的匀强电场,在虚线PQ右侧相距为L处有一与电场E2平行的屏。现将一电子(电荷量为e,质量为m)无初速度地放入电场E1中的A点,最后电子打在右侧的屏上,AO连线与屏垂直,垂足为O,电子重力忽略不计。求:

(1)电子从释放到打到屏上所用的时间;

(2)电子刚射出电场E2时的速度方向与AO连线夹角θ的正切值tan θ;

(3)电子打到屏上的点P′到点O的距离y。

 

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(2017·北京大兴区高三统练)如图所示,水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接,圆弧的半径R=0.40 m。在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E=1.0×l04 N/C。现有一质量m=0.l0 kg,电荷量q=8.0×l0–5 C的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s=1.0 m的位置,由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动,当运动到圆弧形轨道的C端时,速度恰好为零。试求此过程中取g=l0 m/s2):

(1)带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小;

(2)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小;

(3)带电体沿圆弧形轨道运动过程中,电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少。

 

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如图所示,在竖直放置的铅屏A的右表面上贴着射线放射源P,已知射线实质为高速电子流,放射源放出粒子的速度v0=1.0m/s。足够大的荧光屏M与铅屏A平行放置,相距d =0.02 m,其间有水平向左的匀强电场,电场强度大小E=2.5N/C。已知电子电量e=1.6C,电子质量取m=9.0kg。求:

(1)电子到达荧光屏M上的动能;

(2)荧光屏上的发光面积。

 

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如图所示,平行放置的金属板AB间电压为U0,中心各有一个小孔PQ,平行放置的金属板CD板长和板间距均为L,足够长的粒子接收屏MD板夹角为。现从P点处有质量为m、带电量为+q的粒子放出(粒子的初速度可忽略不计)。经加速后从Q点射出,贴着C板并平行C板射入CD电场(平行金属板外电场忽略不计,重力不计,

(1)粒子经加速后从Q点射出速度大小v;

(2)若在进入CD间电场好恰从D板边缘飞出,则CD间电压U1为多少?

(3)调节CD间电压(大小)使进入电场的粒子,不能打在粒子接收屏M上,则CD间电压U2的取值范围?

 

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