2.带电粒子在电场中的偏转 (1)条件分析:带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场. (2)运动性质:匀变速曲线运动. (3)处理方法:分解成相互垂直的两个方向上的直线运动.类似于平抛运动. (4)运动规律: ①沿初速度方向做匀速直线运动.运动时间 ②沿电场力方向.做匀加速直线运动 特别提醒 带电粒子在电场中的重力问题 (1)基本粒子:如电子.质子.α粒子.离子等除有说明或有明确的暗示以外.一般都不考虑重力. (2)带电颗粒:如液滴.油滴.尘埃.小球等.除有说明或有明确的暗示以外.一般都不能忽略重力. 考点一 平行板电容器的动态分析 运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路 (1)确定不变量.分析是电压不变还是所带电荷量不变. (2)用决定式C=分析平行板电容器电容的变化. (3)用定义式C=分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化. (4)用E=分析电容器两极板间电场强度的变化. 例1 如图3所示.两块较大的金属板A.B平行放置并与一电源相连.S闭合后.两板间有一质量为m.电荷量为q的油滴恰好处于静止状态.以下说法中正确的是 ( ) 图3 A.若将A板向上平移一小段位移.则油滴向下加速运动.G中有b→a的电流 B.若将A板向左平移一小段位移.则油滴仍然静止.G中有b→a的电流 C.若将S断开.则油滴立即做自由落体运动.G中无电流 D.若将S断开.再将A板向下平移一小段位移.则油滴向上加速运动.G中有b→a的电流 解析 根据电路图可知.A板带负电.B板带正电.原来油滴恰好处于静止状态.说明油滴受到的竖直向上的电场力刚好与重力平衡,当S闭合.若将A板向上平移一小段位移.则板间间距d变大.而两板间电压U此时不变.故板间场强E=变小.油滴所受合力方向向下.所以油滴向下加速运动.而根据C=可知.电容C减小.故两板所带电荷量Q也减小.因此电容器放电.所以G中有b→a的电流.选项A正确,在S闭合的情况下.若将A板向左平移一小段位移.两板间电压U和板间间距d都不变.所以板间场强E不变.油滴受力平衡.仍然静止.但是两板的正对面积S减小了.根据C=可知.电容C减小.两板所带电荷量Q也减小.电容器放电.所以G中有b→a的电流.选项B正确,若将S断开.两板所带电荷量保持不变.板间场强E也不变.油滴仍然静止.选项C错误,若将S断开.再将A板向下平移一小段位移.两板所带电荷量Q仍保持不变.两板间间距d变小.根据C=.U=和E=.可得E=.显然.两板间场强E不变.所以油滴仍然静止.G中无电流.选项D错误. 答案 AB 平行板电容器的动态分析问题常见的类型 平行板电容器的动态分析问题有两种情况:一是电容器始终和电源连接.此时U恒定.则Q=CU∝C.而C=∝.两板间场强E=∝,二是电容器充电后与电源断开.此时Q恒定.则U=.C∝.场强E==∝. 突破训练1 在如图4所示的实验装置中.平行板电容器的极板B与一灵敏静电计相接.极板A接地.下列操作中可以观察到静电计指针张角变大的是 ( ) 图4 A.极板A上移 B.极板A右移 C.极板间插入一定厚度的金属片 D.极板间插入一云母片 答案 A 解析 静电计测量的是平行板电容器两极板之间的电压.电容器两极板上的电荷量保持不变.由C=可得电压U=.根据平行板电容器的电容C=可知.通过减小极板正对面积S.增大板间距d和减小板间电介质的介电常数εr可以减小电容器的电容.从而增大板间电压U.故只有选项A是正确的. 考点二 带电粒子在电场中的直线运动 例2 如图5所示.质量m=2.0×10-4 kg.电荷量q=1.0×10-6 C的带正电微粒静止在空间范围足够大的电场强度为E的匀强电场中.取g=10 m/s2. 图5 (1)求匀强电场的电场强度E的大小和方向, (2)在t=0时刻.电场强度大小突然变为E0=4.0×103 N/C.方向不变.求在t=0.20 s时间内电场力做的功, (3)在t=0.20 s时刻突然撤掉电场.求带电微粒回到出发点时的动能. 解析 (1)因微粒静止.知其受力平衡.对其受力分析有 Eq=mg E== N/C=2.0×103 N/C.方向向上 (2)在t=0时刻.电场强度大小突然变为E0=4.0×103 N/C.设微粒的加速度为a.在t=0.20 s时间内上升高度为h.电场力做功为W.则 qE0-mg=ma 解得:a=10 m/s2 h=at2 解得:h=0.20 m W=qE0h 解得:W=8.0×10-4 J (3)设在t=0.20 s时刻突然撤掉电场时微粒的速度大小为v.回到出发点时的动能为Ek.则 v=at 由动能定理得mgh=Ek-mv2 解得:Ek=8.0×10-4 J 答案 (1)2.0×103 N/C 方向向上 (2)8.0×10-4 J (3)8.0×10-4 J 突破训练2 电荷量为q=1×10-4 C的带正电的小物块置于绝缘粗糙水平面上.所在空间存在沿水平方向始终不变的电场.电场强度E的大小与时间t的关系和物块的速度v与时间t的关系分别如图6甲.乙所示.若重力加速度g取10 m/s2.根据图象所提供的信息.下列说法正确的是 ( ) 甲 乙 图6 A.物块在4 s内的总位移x=6 m B.物块的质量m=0.5 kg C.物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2 D.物块在4 s内电势能减少14 J 答案 ACD 解析 由题图乙可知.物块前2 s做匀加速直线运动.在2 s-4 s做匀速直线运动.根据v-t图象所围面积可求得前2 s位移x1=2 m,2 s-4 s位移x2=4 m.总位移为x=6 m.A正确.0-2 s内.由牛顿第二定律得qE1-μmg=ma. ① 且a==1 m/s2. ② 2 s后物块做匀速运动.有qE2=μmg ③ 由题图甲知E1=3×104 N/C.E2=2×104 N/C.联立①②③可得m=1 kg.μ==0.2.B错误.C正确.又因为电势能的减少量等于电场力所做的功.即ΔEp=W=E1qx1+E2qx2=14 J.D正确. 考点三 带电粒子在电场中的偏转 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

(12分).飞行时间质谱仪可以根据带电粒子的飞行时间对气体分子进行分析。如图所示,在真空状态下,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生不同的正离子,自a板小孔进入a、b之间的加速电场,从b板小孔射出,沿中心线进入M、N间的方形区域,然后到达紧靠在其右端的探测器。已知a、b间的电压为U0,间距为d,极板M、N的长度为L,间距均为0.2L,不计离子重力及经过a板时的初速度。

(1)若M、N板间无电场和磁场,求出比荷为k(q/m)的离子从a板到探测器的飞行时间
(2)若在M、N间只加上偏转电压U1,请说明不同的正离子在偏转电场中的轨迹是否重合
(3)若在M、N间只加上垂直于纸面的匀强磁场,已知进入a、b间的正离子有一价和二价两种,质量均为m,元电荷为e,试问:
①要使所有离子均通过M、N之间的区域从右侧飞出,求所加磁场磁感应强度的最大值
②要使所有离子均打在上极板M上,求所加磁场磁感应强度应满足的条件。

查看答案和解析>>

(12分).飞行时间质谱仪可以根据带电粒子的飞行时间对气体分子进行分析。如图所示,在真空状态下,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生不同的正离子,自a板小孔进入a、b之间的加速电场,从b板小孔射出,沿中心线进入M、N间的方形区域,然后到达紧靠在其右端的探测器。已知a、b间的电压为U0,间距为d,极板M、N的长度为L,间距均为0.2L,不计离子重力及经过a板时的初速度。

(1)若M、N板间无电场和磁场,求出比荷为k(q/m)的离子从a板到探测器的飞行时间
(2)若在M、N间只加上偏转电压U1,请说明不同的正离子在偏转电场中的轨迹是否重合
(3)若在M、N间只加上垂直于纸面的匀强磁场,已知进入a、b间的正离子有一价和二价两种,质量均为m,元电荷为e,试问:
①要使所有离子均通过M、N之间的区域从右侧飞出,求所加磁场磁感应强度的最大值
②要使所有离子均打在上极板M上,求所加磁场磁感应强度应满足的条件。

查看答案和解析>>

质谱仪的工作原理图如图所示,A为粒子加速器,加速电压为U1:M为速度选择器,两板问有相互垂直的匀强磁场和匀强电场,匀强磁场的磁感应强度为B,两板间距离为d;N为偏转分离器,内部有与纸面垂直的匀强磁场,磁感应强度为B2.一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子由静止经加速器加速后,恰能通过速度选择器,进入分离器后做圆周运动,并打到感光板P上.不计重力,求:
(1)粒子经粒子加速器A加速后的速度”的大小及速度选择器肘两板间的电压U2
(2)粒子在偏转分离器Ⅳ的磁场中做圆周运动的半径尺:
(3)某同学提出:在其它条件不变的情况下,只减小加速电压U.,就可以使粒子在偏转分离器Ⅳ的磁场中做圆周运动的半径减小,试分析他的说法是否正确.

查看答案和解析>>

质谱仪的工作原理图如图所示,A为粒子加速器,加速电压为U1:M为速度选择器,两板问有相互垂直的匀强磁场和匀强电场,匀强磁场的磁感应强度为B,,两板间距离为d;N为偏转分离器,内部有与纸面垂直的匀强磁场,磁感应强度为B2。一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子由静止经加速器加速后,恰能通过速度选择器,进入分离器后做圆周运动,并打到感光板P上。不计重力,求:

(1)粒子经粒子加速器A加速后的速度”的大小及速度选择器肘两板间的电压以;

(2)粒子在偏转分离器Ⅳ的磁场中做圆周运动的半径尺:

(3)某同学提出:在其它条件不变的情况下,只减小加速电压U。,就可以使粒子在偏转分离器Ⅳ的磁场中做圆周运动的半径减小。试分析他的说法是否正确。

 

查看答案和解析>>

质谱仪的工作原理图如图所示,A为粒子加速器,加速电压为U1:M为速度选择器,两板问有相互垂直的匀强磁场和匀强电场,匀强磁场的磁感应强度为B,两板间距离为d;N为偏转分离器,内部有与纸面垂直的匀强磁场,磁感应强度为B2.一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子由静止经加速器加速后,恰能通过速度选择器,进入分离器后做圆周运动,并打到感光板P上.不计重力,求:
(1)粒子经粒子加速器A加速后的速度”的大小及速度选择器肘两板间的电压U2
(2)粒子在偏转分离器Ⅳ的磁场中做圆周运动的半径尺:
(3)某同学提出:在其它条件不变的情况下,只减小加速电压U.,就可以使粒子在偏转分离器Ⅳ的磁场中做圆周运动的半径减小,试分析他的说法是否正确.
精英家教网

查看答案和解析>>


同步练习册答案