题目内容

如图甲所示,场强大小为E、方向竖直向上的匀强电场内存在着一半径为R的圆形区域,O点为该圆形区域的圆心,A点是圆形区域的最低点,B点是最右侧的点。在A点有放射源释放出初速度大小不同、方向均垂直于场强向右的正电荷,电荷的质量为m,电量为q,不计重力。试求:

(1)电荷在电场中运动的加速度多大?

(2)运动轨迹经过B点的电荷在A点时的速度多大?

(3)某电荷的运动的轨迹和圆形区域的边缘交于P点,∠POA=θ,请写出该电荷经过P点时动能的表达式。

(4)若在圆形区域的边缘有一接收屏CBD,C、D分别为接收屏上最边缘的两点,如图乙,∠COB=∠BOD=30°。求该屏上接收到的电荷的末动能大小的范围。

(1)       (2)

(3)(4)


解析:

(1)在电场中运动的加速度   (2分)

经过P点时的动能:Ek=Eq(R-Rcosθ)+m v02 = EqR (5-3cosθ) (2分)

(4)由第(3)小题的结论可以看出,当θ从0°变化到180°,接收屏上电荷的动能逐渐增大,因此D点接收到的电荷的末动能最小,C点接收到的电荷的末动能最大。(2分)

EkD=Eq(R-Rcosθ)+m v0D2 = EqR (5-3cos60°) =  EqR(3分)

EkC=Eq(R-Rcosθ)+m v0C2 = EqR (5-3cos120°) =  EqR(3分)

所以,屏上接收到的电荷的末动能大小的范围为[ EqREqR ] (2分)

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