為減少煙塵排放對空氣的污染,某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖所示的靜電除塵器,該除塵器的上下底面是邊長為L=0.20m的正方形金屬板,前后面是絕緣的透明有機(jī)玻璃,左右面是高h(yuǎn)=0.10m的通道口。使用時(shí)底面水平放置,兩金屬板連接到U=2000V的高壓電源兩極(下板接負(fù)極),于是在兩金屬板間產(chǎn)生一個(gè)勻強(qiáng)電場(忽略邊緣效應(yīng))。均勻分布的帶電煙塵顆粒以v=10m/s的水平速度從左向右通過除塵器,已知每個(gè)顆粒帶電荷量   q=+2.0×10-17C,質(zhì)量m=1.0×10-15kg,不考慮煙塵顆粒之間的相互作用和空氣阻力,并忽略煙塵顆粒所受重力。在閉合開關(guān)后

(1)求煙塵顆粒在通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的大小和方向;
(2)求除塵過程中煙塵顆粒在豎直方向所能偏轉(zhuǎn)的最大距離;
(3)除塵效率是衡量除塵器性能的一個(gè)重要參數(shù)。除塵效率是指一段時(shí)間內(nèi)被吸附的煙塵顆粒數(shù)量與進(jìn)入除塵器煙塵顆?偭康谋戎。試求在上述情況下該除塵器的除塵效率;若用該除塵器對上述比荷的顆粒進(jìn)行除塵,試通過分析給出在保持除塵器通道大小不變的前提下,提高其除塵效率的方法。

(1),方向豎直向下(2)(3)當(dāng)時(shí),          
當(dāng)時(shí),?梢酝ㄟ^適當(dāng)增大兩金屬板間的電壓U,或通過適當(dāng)減小顆粒進(jìn)入通道的速度v來提高除塵效率

解析試題分析:(1)煙塵顆粒在通道內(nèi)只受電場力的作用,電場力          (1分)
又因?yàn)?nbsp;                                                 (1分)
設(shè)煙塵顆粒在通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度為a,根據(jù)牛頓第二定律有 (2分)
解得 ,方向豎直向下                            (2分)
(2)若通道最上方的顆粒能通過通道,則這些顆粒在豎直方向上有最大的偏轉(zhuǎn)距離
這些顆粒在水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng),位移                 (2分)
在豎直方向的位移                                 (2分)
解得   可確定這些顆粒能通過通道                
因此,除塵過程中煙塵顆粒在豎直方向偏轉(zhuǎn)的最大距離為   (1分)
(3)設(shè)每立方米有煙塵顆粒為
時(shí)間t內(nèi)進(jìn)入除塵器的顆粒                      (1分)
時(shí)間t內(nèi)吸附在底面上的顆粒                     (1分)
則除塵效率 =80%                        (1分)
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/05/b/xpliz1.png" style="vertical-align:middle;" />                                
當(dāng)時(shí),          
當(dāng)時(shí),                                         (2分)
因此,在除塵器通道大小及顆粒比荷不改變的情況下,可以通過適當(dāng)增大兩金屬板間的電壓U,或通過適當(dāng)減小顆粒進(jìn)入通道的速度v來提高除塵效率。  (2分)
考點(diǎn):帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:填空題

a、b、c、d是勻強(qiáng)電場中的四個(gè)點(diǎn),它們正好是一個(gè)矩形的四個(gè)頂點(diǎn).電場線與矩形所在平面平行。已知a點(diǎn)的電勢為20 V,b點(diǎn)的電勢為24 V,d點(diǎn)的電勢為4 V,如圖,由此可知c點(diǎn)的電勢為_____V。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(19分)如圖所示,在平面坐標(biāo)系xoy內(nèi),第Ⅱ、Ⅲ象限內(nèi)存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場,第Ⅰ、Ⅳ象限內(nèi)存在半徑為L的圓形勻強(qiáng)磁場,磁場圓心在M(L,0)點(diǎn),磁場方向垂直于坐標(biāo)平面向外,一帶正電粒子從第Ⅲ象限中的Q(-2L,-L)點(diǎn)以速度v0沿x軸正方向射出,恰好從坐標(biāo)原點(diǎn)O進(jìn)入磁場,從P(2L,0)點(diǎn)射出磁場。不計(jì)粒子重力。求:

(1)電場強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比;
(2)粒子在磁場與電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

如圖所示的直角坐標(biāo)系中,在直線x=-2l0到y(tǒng)軸區(qū)域內(nèi)存在著兩個(gè)大小相等、方向相反的有界勻強(qiáng)電場,其中x軸上方的電場方向沿y軸負(fù)方向,x軸下方的電場方向沿y軸正方向。在電場左邊界上A(-2l0,- l0)到C(-2l0,0)區(qū)域內(nèi),連續(xù)分布著電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子。從某時(shí)刻起由A點(diǎn)到C點(diǎn)間的粒子,依次連續(xù)以相同的速度v0沿x軸正方向射入電場。若從A點(diǎn)射入的粒子,恰好從y軸上的A′(0,l0)沿x軸正方向射出電場,其軌跡如圖虛線所示。不計(jì)粒子的重力及它們間的相互作用。求

(1)粒子從A點(diǎn)到A′的時(shí)間t;
(2) 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E;
(3)在AC間還有哪些位置的粒子,通過電場后也能沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)?

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

在如圖所示的直角坐標(biāo)系中,x軸的上方存在與x軸正方向成45°角斜向右下方的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)的大小為E=×104 V/m.x軸的下方有垂直于xOy面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B=2×10-2 T.把一個(gè)比荷為=2×108 C/kg的正電荷從坐標(biāo)為(0,1)的A點(diǎn)處由靜止釋放.電荷所受的重力忽略不計(jì).

(1)求電荷從釋放到第一次進(jìn)入磁場時(shí)所用的時(shí)間;
(2)求電荷在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑;(保留兩位有效數(shù)字)
(3)當(dāng)電荷第二次到達(dá)x軸時(shí),電場立即反向,而場強(qiáng)大小不變,試確定電荷到達(dá)y軸時(shí)的位置坐標(biāo).

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(10分)如圖所示,一電子(質(zhì)量為m,電量絕對值為e)處于電壓為U的水平加速電場的左極板A內(nèi)側(cè),在電場力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng),然后穿過極板B中間的小孔在距水平極板M、N等距處垂直進(jìn)入板間的勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場。若偏轉(zhuǎn)電場的兩極板間距為d,板長為l,求:

(1)電子剛進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度v0;
(2)要使電子能從平行極板M、N間飛出,兩個(gè)極板間所能加的最大偏轉(zhuǎn)電壓Umax′。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

如圖所示,在場強(qiáng)為E的豎直向下勻強(qiáng)電場中有一塊水平放置的足夠大的接地金屬板,在金屬板的正上方高為h處有一個(gè)小的放射源,放射源上方有一鉛板,使放射源可以向水平及斜下方各個(gè)方向釋放質(zhì)量為m、電量為q、初速度為v0的帶電粒子,粒子最后落在金屬板上,不計(jì)粒子重力.試求:


(1)粒子打在板上時(shí)的動(dòng)能;
(2)計(jì)算落在金屬板上的粒子圖形的面積大。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(6分)如圖所示,兩平行金屬板A、B長8cm,兩板間距離d=8cm,A板比B板電勢高300V,一帶正電的粒子電荷量q=10-10C,質(zhì)量m=10-20kg,不計(jì)粒子的重力作用,沿電場中心線RO垂直電場線飛入電場,初速度υ0=2×106m/s,粒子飛出平行板電場后經(jīng)過界面MN、PS間的無電場區(qū)域后,進(jìn)入固定在O點(diǎn)的點(diǎn)電荷Q形成的電場區(qū)域,(設(shè)界面PS右邊點(diǎn)電荷的電場分布不受界面的影響),已知兩界面MN、PS相距為12cm,D是中心線RO與界面PS的交點(diǎn),O點(diǎn)在中心線上,距離界面PS為9cm,粒子穿過界面PS最后垂直打在放置于中心線上的熒光屏bc上.(靜電力常數(shù)k = 9.0×109N·m2/C2

(1)求粒子穿過界面MN時(shí)偏離中心線RO的距離多遠(yuǎn)?到達(dá)PS界面時(shí)離D點(diǎn)多遠(yuǎn)?
(2)在圖上粗略畫出粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡.
(3)確定點(diǎn)電荷Q的電性并求其電荷量的大。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(9分)如圖所示,相距2L的AB、CD兩直線間的區(qū)域存在著兩個(gè)大小不同、方向相反的有界勻強(qiáng)電場,其中PT上方的電場E1的場強(qiáng)方向豎直向下,PT下方的電場E0的場強(qiáng)方向豎直向上,在電場左邊界AB上寬為L的PQ區(qū)域內(nèi),連續(xù)分布著電量為+q、質(zhì)量為m的粒子.從某時(shí)刻起由Q到P點(diǎn)間的帶電粒子,依次以相同的初速度v0沿水平方向垂直射入勻強(qiáng)電場E0中,若從Q點(diǎn)射入的粒子,通過PT上的某點(diǎn)R進(jìn)入勻強(qiáng)電場E1后從CD邊上的M點(diǎn)水平射出,其軌跡如圖,若MT兩點(diǎn)的距離為L/2.不計(jì)粒子的重力及它們間的相互作用.試求:

(1)電場強(qiáng)度E0與E1;
(2)在PQ間還有許多水平射入電場的粒子通過電場后也能垂直CD邊水平射出,這些入射點(diǎn)到P點(diǎn)的距離有什么規(guī)律?

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同步練習(xí)冊答案