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- 2021-05-13 发布
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6.3 电容器 带电粒子在电场中运动
1.如图所示,正方体真空盒置于水平面上,它的ABCD面与EFGH面为金属板,其他面为绝缘材料。ABCD面带正电,EFGH面带负电。从小孔P沿水平方向以相同速率射入三个质量相同的带正电液滴A、B、C,最后分别落在1、2、3三点,则下列说法正确的是 ( )
A.三个液滴在真空盒中都做平抛运动
B.三个液滴的运动时间不一定相同
C.三个液滴落到底板时的速率相同
D.液滴C所带电荷量最多
答案:D
2.如图所示,电路中R1、R2均为可变电阻,电源内阻不能忽略,平行板电容器C的极板水平放置。闭合电键S,电路达到稳定时,带电油滴悬浮在两板之间静止不动。如果仅改变下列某一条件,油滴仍能静止不动的是 ( )
[来源:学.科.网]
A.增大R1的阻值 B.增大R2的阻值
C.增大两板间的距离 D.断开电键S
答案:B
3.如图,场强大小为E、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd,水平边ab长为s,竖直边ad长为h。质量均为m、带电量分别为+q和-q的两粒子,由a、c两点先后沿ab和cd方向以速率v0进入矩形区(两粒子不同时出现在电场中)。不计重力,若两粒子轨迹恰好相切,则v0等于 ( )
A. B.
C. D.
答案:B
4.图(a)为示波管的原理图。如果在电极YY′之间所加的电压按图(b)所示的规律变化,在电极XX′之间所加的电压按图(c)所示的规律变化,则在荧光屏上会看到的图形是 ( )
答案:B
5.如图,一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连,极板水平放置,极板间距为d,在下极板上叠放一厚度为l的金属板,其上部空间有一带电粒子P静止在电容器中,当把金属板从电容器中快速抽出后,粒子P开始运动,重力加速度为g,粒子运动加速度为 ( )
A.g B.g
C.g D.g
答案:A
6.如图,一对面积较大的平行板电容器水平放置,带等量异种电荷,B板固定且接地,A板用绝缘线悬挂,P为两板中点。下列结论正确的是 ( )
A.若在两板间充满电介质,P点电势将升高
B.A、B两板电荷分别在P点产生电场的场强大小相等,方向相同
C.若将A板竖直向下平移一小段距离,电容器储存的电能减小
D.若将A板竖直向上平移一小段距离,线的拉力将变大
答案:BC
7.将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷量分别用d、U、E和Q表示。下列说法正确的是 ( )
A.保持U不变,将d变为原来的两倍,则E变为原来的一半
B.保持E不变,将 d变为原来的一半,则U变为原来的两倍
C.保持d不变,将Q变为原来的两倍,则U变为原来的一半
D.保持d不变,将Q变为原来的一半,则E变为原来的一半
答案:AD
8.如图所示,一电子枪发射出的电子(初速度很小,可视为零)进入加速电场加速后,垂直射入偏转电场,射出后偏转位移为y,要使偏转位移增大,下列哪些措施是可行的(不考虑电子射出时碰到偏转电极板的情况) ( )
A.增大偏转电压U
B.增大加速电压U0
C.增大偏转极板间距离
D.将发射电子改成发射负离子
答案:A
9.如图所示,光滑的水平轨道AB,与半径为R的光滑的半圆形轨道BCD相切于B点,AB水平轨道部分存在水平向右的匀强电场,半圆形轨道在竖直平面内,B为最低点,D为最高点,一质量为m、带正电的小球从距B点x的位置在电场力的作用下由静止开始沿AB向右运动,恰能通过最高点,则 ( )
A.R越大,x越大
B.R越大,小球经过B点后瞬间对轨道的压力越大
C.m越大,x越大
D.m与R同时增大,电场力做功增大
答案:ACD
10.如图所示,在竖直平面内,AB为水平放置的绝缘粗糙轨道,CD为竖直放置的足够长绝缘粗糙轨道,AB与CD通过四分之一绝缘光滑圆弧形轨道平滑连接,圆弧的圆心为O,半径R=0.50m,轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度的大小E=1.0×104N/C,现有质量m=0.20kg,电荷量q=8.0×10-4C的带电体(可视为质点),从A点由静止开始运动,已知sAB=1.0m,带电体与轨道AB、CD的动摩擦因数均为0.5。假定带电体与轨道之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。求:(取g=10m/s2)
(1)带电体运动到圆弧形轨道C点时的速度;
(2)带电体最终停在何处。
答案:(1)10m/s (2)与C点的竖直距离为m处
11.在xOy平面内,有沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E(图中未画出),由A点斜射出一质量为m、带电量为+q的粒子,B和C是粒子运动轨迹上的两点,如图所示,其中l0为常数.粒子所受重力忽略不计。求:
(1)粒子从A到C过程中电场力对它做的功;
(2)粒子从A到C过程所经历的时间;
(3)粒子经过C点时的速率。
答案:(1)3qEl0 (2)3 (3)
12.中国科学院宣布中国将在2020年开始建造世界上最大的粒子加速器.加速器是人类揭示物质本源的关键设备,在放射治疗、食品安全、材料科学等方面有广泛应用.
如图1所示,某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管)组成,相邻漂移管分别接在高频脉冲电源的两极.质子从K点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管,在漂移管内做匀速直线运动,在漂移管间被电场加速,加速电压视为不变.设质子进入漂移管B时速度为8×106 m/s,进入漂移管E时速度为1×107 m/s,电源频率为1×107 Hz,漂移管间缝隙很小,质子在每个管内运动时间视为电源周期的.质子的荷质比取1×108 C/kg.求:
(1)漂移管B的长度;
(2)相邻漂移管间的加速电压.
图1
【答案】(1)0.4 m (6)6×104 V
13.如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出.已知电子质量为m,电荷量为e,加速电场电压为U0,偏转电场可看作匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,板间距为d.
(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离Δy;
(2)分析物理量的数量级,是解决物理问题的常用方法.在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因.已知U=2.0×102 V,d=4.0×10-2 m,m=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,g=10 m/s2.
(3)极板间既有静电场也有重力场.电势反映了静电场各点的能的性质,请写出电势φ的定义式.类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势”φG的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点.
【答案】(1) (2)略 (3)略
14.一电荷量为q(q>0)、质量为m的带电粒子在匀强电场的作用下,在t=0时由静止开始运动,场强随时间变化的规律如图所示,不计重力。求在t=0到t=T的时间间隔内,
(1)粒子位移的大小和方向;
(2)粒子沿初始电场反方向运动的时间。
答案:(1)T2 沿初始电场正方向 (2)
15.静电喷漆技术具有效率高、浪费少、质量好、有利于工人健康等优点,其装置示意图如图所示。A、B为两块平行金属板,间距d=0.30m,两板间有方向由B指向A、电场强度E=1.0×103N/C的匀强电场。在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P
,油漆喷枪的半圆形喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒,油漆微粒的质量m=2.0×10-15kg,电荷量q=-2.0×10-16C。喷出的初速度v0=2.0m/s。油漆微粒最后都落在金属板B上。微粒所受重力和空气阻力以及微粒之间的相互作用力均可忽略。求:
(1)微粒落在B板上的动能。
(2)微粒从离开喷枪后到达B板所需的最短时间。
(3)微粒最后落在B板上所形成图形的面积。
答案:(1)6.4×10-14J (2)0.06s (3)7.5×10-2m2