题目内容

【题目】如图所示,在平面直角坐标系xOy的第一、三象限分布存在匀强电场E1E2,电场E1的场强大小为,方向与x轴负方向成60°斜向下,电场E2的场强大小未知,方向与x轴正方向成30°角斜向上,比荷为1.0×105 C/kg的带正电粒子a从第三象限的P点由静止释放,粒子沿PO做匀加速直线运动,到达O点的速度为104 m/s,不计粒子的重力。

(1)PO两点间的电势差;

(2)粒子a插进入电场E1时,在电场E1某位置由静止释放另外一个完全相同的带电粒子b,使两粒子在离开电场前相遇,若相遇时所需时间最长,求在电场E1中由静止释放的带电粒子b的初始位置坐标。

【答案】(1) (2)

【解析】

(1)带电粒子aP点运动到O点,根据动能定理有

解得

(2)粒子a在进入电场后做类平抛运动,设离开电场E1时到O点的距离为L,如图所示,则

由于两粒子完全相同,所以只需在带电粒子a进入电场E1时速度方向的直线OM上任一点释放粒子b,可保证两者离开电场前碰撞。

若相遇时所需时间最长,则在M点由静止释放带电粒子b即可,则有

OM Lcos 30°

M的横坐标为

M的纵坐标为

联立解得

即在电场E1中由静止释放带电粒子b的位置坐标为

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