如图甲所示,三个相同的金属板共轴排列,它们的距离与宽度均相同,轴线上开有小孔,在左边和右边两个金属板上加电压 U 后,金属板间就形成匀强电场;有一个比荷 = 1.0×10 - 2 C/kg 的带正电的粒子从左边金属板小孔轴线 A 处由静止释放,在电场力作用下沿小孔轴线射出 ( 不计粒子重力 ) ,其 v t 图像如图乙所示,则下列说法正确的是 ( )
A .右侧金属板接电源的正极
B .所加的电压 U = 100 V
C .乙图中的 v 2 = 2 m/s
D .通过极板间隙所用的时间之比为 1∶( - 1)
BD
【详解】
A 、据乙图象可知,离子先匀加速直线运动,再匀速运动,再匀加速直线运动.据题意可知,它们的距离与宽度均相同且当中的金属板处于静电平衡,离子过中间金属板无电场力;由于正电离子加速,所以电场力向右,所以右侧金属板接电源的负极,选项 A 错误.
B 、由 v - t 图像可得,粒子的加速度 a = 2m/s 2 ,两极板的间距 d = 0.25m ,由 qE = ma ,得 E = 200V/m , U = 2 Ed = 100V ,选项 B 正确.
C 、 D 、可将粒子在两个间隙间的运动看成是初速度为 0 的连续匀加速运动,两间隙距离相等,由匀变速运动的规律可得 , ,将 v 1 = 1m/s 代入,得 ,选项 C 错误,选项 D 正确.
故选 BD.
【点睛】
据乙图判断离子的运动情况是解题的关键,灵活应用动能定理或牛顿第二定律求所加电压;注意金属板的距离与宽度均相同.
带电粒子在电场中的直线运动:
(1)如不计重力,电场力就是粒子所受合外力,粒子做直线运动时的要求有:
①对电场的要求:或是匀强电场,或不是匀强电场但电场的电场线有直线形状。
②对初始位置的要求:在匀强电场中任一点开始运动都可以,在非匀强电场中带电粒子的初始位置必须在直线形的电场线上。
③对初速度的要求:初速度或为零,或不为零但与所在的电场线共线。
(2)粒子在电场中做直线运动的处理方法有两种:
①将牛顿第二定律与运动学公式结合求解,这种方法只能用在匀强电场中。不考虑重力时,常用的基本方程有:
等.
②由动能定理求解不涉及时间的问题,这种方法对匀强电场、非匀强电场均适用。不考虑重力时,基本方程为:
需要特别注意的是式中U是质点运动中所经历的始末位置之间的电势差,而不一定等于题目中给定的电压,如带电粒子从电压为U的两板中点运动到某一极板上时,经历的电压仅是
1、在匀强电场中的加速问题,一般属于物体受恒力(重力一般不计)作用运动问题。处理的方法有两种:
①根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解:,,;
②根据动能定理与电场力做功,运动学公式结合求解:。
2、在非匀强电场中的加速问题,一般属于物体受变力作用运动问题。处理的方法只能根据动能定理与电场力做功,运动学公式结合求解:。
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