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精英家教网如图所示,在厚铅板A表面上放有一放射源M,它可向各个方向射出相同速率的质量为m、电量为q的β粒子(重力可忽略不计).为了测出β粒子从放射源M射出的速率,可在金属网B与A板之间加电压U(A板电势低),使β粒子经A板与金属网B之间的匀强电场加速后穿过金属网B撞到荧光屏C上发出荧光,现发现荧光屏C上有半径为R的圆形亮斑,知道A、B间的距离为d,和B、C间距离为L.
(1)从什么方向射出的β粒子到达荧光屏C时离圆形亮斑的中心最远.
(2)求出β粒子从放射源M射出的速率.
分析:把粒子的运动分解为沿平行于极板方向上的匀速运动,垂直于极板方向上先在电场中加速,后匀速运动.粒子在电场中沿电场方向做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求出加速度,根据匀变速运动的位移公式求出在电场中运动的时间,离开电场后,沿原来的方向做匀速运动,根据位移公式求出时间,这两段时间之和,就是粒子运动的总时间.粒子在平行于极板方向上一直做匀速直线运动,根据运动的等时性,运用位移公式可以计算出粒子从放射源射出的速率.
解答:解:(1)沿A板平行射出的粒子到达荧光屏C时离圆形亮斑中心最远.
(2)沿A板平行射出的粒子,到达荧光屏C时离圆形亮斑中心的距离为R,粒子在电场中运动时间为t1,
则:粒子在AB间沿电场方向做匀加速直线运动,位移为:d=
1
2
at12

根据牛顿第二定律,加速度为:a=
qU
md

由以上二式∴t1=
2md2
qU

粒子在BC间沿水平方向是匀速直线运动,运动时间t2,
则:匀速运动的速度为在电场中加速的末速度为:vx=at1=
2qU
m

匀速运动的位移为L=vxt2
∴t2=
mL2
2qU

在垂直于电场方向(平行于极板方向)上一直以初速度v0做匀速运动
∴R=v0(t1+t2)
∴v0=
R
t1+t2
=
R
2md2
qU
+
mL2
2qU
=
R
m
2qU
(2d+L)
=
R
2d+L
2qU
m

答:(1)沿A板平行射出的粒子到达荧光屏C时离圆形亮斑中心最远.
(2)β粒子从放射源M射出的速率为
R
2d+L
2qU
m
.
点评:本题的难点是如何把粒子运动进行分解,粒子的运动可以分解为沿平行于极板方向上的匀速运动,垂直于极板方向上先在电场中加速,后匀速运动,这是解题的关键.
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(1)电子到达金属网的最长时间;
(2)荧光屏上出现亮点范围的面积.

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如图所示,在厚铅板A表面中心放置一很小的放射源,可向各个方向放射出速率为v0的α粒子(质量为m、电荷量为q),在金属网B与A板间加有竖直向上的匀强电场,场强为E,A与B间距为d,B网上方有一很大的荧光屏M,M与B间距为L.当有α粒子打在荧光屏上时就能使荧光屏产生一闪光点,整个装置放在真空中,不计重力的影响.试分析:

(1)打在荧光屏上的α粒子具有的动能有多大?

(2)荧光屏上闪光点的范围有多大?

(3)在实际应用中,往往是放射源射出的α粒子的速率未知.请设计一个方案,用本装置来测定α粒子的速率.

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(1)打在荧光屏上的α粒子具有的动能有多大?

(2)荧光屏上闪光点的范围有多大?

(3)在实际应用中,往往是放射源射出的α粒子的速率未知.请设计一个方案,用本装置来测定α粒子的速率.

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