高中物理用描迹法画出电场中平面上的等势线综合题

如图（甲）所示为一种研究高能粒子相互作用的装置，两个直线加速器均由k个长度逐个增长的金属圆筒组成（整个装置处于真空中。图中只画出了6个圆筒，作为示意），它们沿中心轴线排列成一串，各个圆筒相间地连接到正弦交流电源的两端，设金属圆筒内部没有电场，且每个圆筒间的缝隙宽度很小，带电粒子穿过缝隙的时间可忽略不计。为达到最佳加速效果，需要调节至粒子穿过每个圆筒的时间恰为交流电的半个周期，粒子每次通过圆筒缝隙时，都恰为交流电压的峰值。

 
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质量为m、电荷量为e的正、负电子分别经过直线加速器加速后，从左、右两侧被导入装置送入位于水平面内的圆环型真空管道、且被导入的速度方向与圆环形管道中粗虚线相切。在管道内控制电子转弯的是一系列圆形电磁铁，即图（甲）中的A₁、A₂、A₃……A_n，共n个，均匀分布在整个圆周上（图中只示意性地用细实线画了几个，其余的用细虚线表示），每个电磁铁内的磁场都是磁感应强度均相同的匀强磁场，磁场区域都是直径为d的圆形。改变电磁铁内电流的大小，就可改变磁场的磁感应强度，从而改变电子偏转的角度。经过精确的调整，可使电子在环形管道中沿图中粗虚线所示的轨迹运动，这时电子经过每个电磁铁时射入点和射出点都在电磁铁内圆形匀强磁场区域的同一条直径的两端，如图（乙）所示。这就为实现正、负电子的对撞作了准备。
（1）若正、负电子经过直线加速器后的动能 均为E₀，它们对撞后发生湮灭，电子消失，且仅产生一对频率相同的光子，则此光子的频率为多大？（已知普朗克恒量为h，真空中的光速为c。）
（2）若电子刚进入直线加速器第一个圆筒时速度大小为V₀，为使电子通过直线加速器加速后速度为v，加速器所接正弦交流电电压的最大值应当多大？
（3）电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B为多大？

如图所示，可视为质点的物块A、B、C放在倾角为37^O、长L=2m的固定斜面上，物块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，A与B紧靠在一起，C紧靠在固定挡板上，物块的质量分别为m_A＝0.80kg、m_B＝0. 40kg，其中A不带电，B、C的带电量分别为q_B＝＋4.0×10^-5C、q_C＝＋2.0×10^-5C，且保持不变。开始时三个物块均能保持静止且与斜面间均无摩擦力作用。如果选定两点电荷在相距无穷远处的电势能为0，则相距为r时，两点电荷具有的电势能可表示为。现给A施加一平行于斜面向上的力F，使A在斜面上作加速度大小为a＝2.5m/s²的匀加速直线运动，经过时间t₀物体A、B分离并且力F变为恒力。当A运动到斜面顶端时撤去力F。
已知静电力常量k＝9.0×10⁹N·m²／C²，g＝10m/s²，sin37^O =0.6，cos37^O =0.8。求：
（1）未施加力F时物块B、C间的距离；
（2）t₀时间内库仑力做的功；
（3）力F对A物块做的总功。

(18分)1897年汤姆逊发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907-1916年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值的整数倍，于是称这数值为基本电荷。
如图所示，完全相同的两块金属板正对着水平放置，板间距离为。当质量为的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为；当两板间加电压(上极板的电势高)时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间内运动的距离与在时间内运动的距离相等。忽略空气浮力。重力加速度为。

（1）判断上述油滴的电性，要求说明理由；
（2）求上述油滴所带的电荷量；
（3）在极板间照射X射线可以改变油滴的带电量。再采用上述方法测量油滴的电荷量。如此重复操作，测量出油滴的电荷量如下表所示。如果存在基本电荷，请根据现有数据求出基本电荷的电荷量(保留到小数点后两位)。

实验次序	1	2	3	4	5
电荷量	0.95	1.10	1.41	1.57	2.02

 

两个带电量均为+q小球，质量均为m，固定在轻质绝缘直角框架OAB（框架的直角边长均为L）的两个端点A、B上，另一端点用光滑铰链固定在O点，整个装置可以绕垂直于纸面的水平轴在竖直平面内自由转动。
（1）若施加竖直向上的匀强电场E₁，使框架OA边水平、OB边竖直并保持静止状态，则电场强度E₁多大？
（2）若改变匀强电场的大小和方向（电场仍与框架面平行），为使框架的OA边水平、OB边竖直（B在O的正下方），则所需施加的匀强电场的场强E₂至少多大？方向如何？
（3）若框架处在匀强电场E₁中OA边水平、OB边竖直并保持静止状态时，对小球B施加一水平向右的恒力F，则小球B在何处时速度最大？最大值是多少？

在彩色显像管中，电子从阴极通过22.5kV电势差被加速至阳极，试求电场力做的功W=？电子的电势能变化了多少？电子到达阳极时的速度v=？

如图1所示，地面上方有匀强电场，取场中一点O为圆心在竖直面内作半径R=0.1m的圆，圆平面与电场方向平行。在O点固定电量Q=5×10^-4C的负点电荷，将质量为m=3g，电量q=2×10^-10C的带电小球放在圆周上的a点时，它恰好静止。若让带电小球从a点缓慢移至圆周最高点b时，外力需做多少功？

一个质量为m，带电量为－q的小物体，可在水平轨道Ox上运动，O端有一个与轨道垂直的竖直墙，轨道处于匀强电场中，场强大小为E，方向沿x轴正方向，如图所示，小物体以初速度v₀从x₀点沿Ox轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力f的作用，且f＜Eq，设小物体与墙壁碰撞时不损失机械能，且电量保持不变，求它在停止运动前所通过的总路程。

如图所示长为L的绝缘细线, 一端悬挂于O点, 另一端连接一质量为的带负电小球, 置于水平向右的足够大的匀强电场区域中, 在O点正下方钉一钉子O ¢, 已知小球受到的电场力是重力的.现将细线水平拉直后从静止释放, 细线碰到钉子后要使小球刚好绕钉子O ¢在竖直平面内作圆周运动, 求：

（1）电场力和重力的合力；
（2）O O ¢的距离。

如图所示，匀强电场的场强方向与竖直方向成角，一带电荷量为、质量为的小球用细线系在竖直墙上，恰好静止在水平位置。求小球所带电荷的电性及场强的大小。

在光滑的绝缘水平面上，A、B两球（可以看成质点）位于x轴上，A球带电，B球不带电，开始时B球静置于场强为E＝1×10³ N/C的水平匀强电场的边缘（如图1所示），A球从原点开始经过2s后恰好与B碰撞，碰后合为一体在电场中运动，A、B系统的动能与坐标的部分关系如图2所示，则：


（1）碰前A球的速度有多大？
（2）A、B两球质量分别为多少？   
（3）请指出A球带什么电性？并计算A球所带电量为多少？

如图所示，一质量为m、带电荷量为+q的小球，在带有等量异种电荷的两平行金属板间处于匀速运动状态，两平行金属板间的电场强度多大？方向如何？

两块平行平面金属网之间的电势差U=3000V，一群带负电荷e的粒子各具有动能4000eV，以不同角度射在一网面的外侧，如图所示．则速度方向与网面的夹角α不小于多少度时，粒子均可通过金属网．

如图所示，质量为m、电荷量为q的带电小球，用绝缘细线悬挂于O点，所在空间存在着匀强电场，场强大小为E，方向水平向右．把小球用力拉至最低点，使细线伸直，无初速释放小球，在小球摆过θ角的过程中(θ角小于最大偏转角度)，重力势能增量为A．电势能的增量为b，c为重力势能增量与电势能增量的代数和(c=a+b)，则下面的判断正确的是[　　]

A．a为正值、b为正值、c为正值
B．a为正值、b为负值、c为负值
C．a为正值、b为负值、c为零
D．a为正值、b为负值、c为正值
 

在场强为的匀强电场中A点静止着一个带电液滴，使场强突然增大到而不改变方向，液滴运动一段时间后，又使电场突然反向而不改变大小，又经过一段同样的时间，液滴恰好又返回A点。求和之比。

如图所示，固定点O系一长度L=20cm的绝缘线绳，绳的一端拴一质量m=1.0×kg、电荷q=4.9×C的带电小球，整个装置处在足够大的方向水平向右的匀强电场中，场强E=1.5×V/m，求(1)小球静止时悬线与竖直方向的夹角；(2)使小球在竖直平面内做圆周运动，小球经过最低点A时的速度至少要多大?