题目内容

【题目】如图所示,真空中一对平行金属板水平正对放置,板长为L,极板面积为S,两板间距离为d

(1)图中装置可视为平行板电容器,充电后与电源断开,板间存在匀强电场。已知电容器所带电荷量为Q。请你证明:两板间的电场强度E只与QS有关,与d无关;

(2)若保持图中两金属板间的电势差为U,现有一带电粒子从上极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达下极板时恰好落在极板中心。已知带电粒子的质量为m,电荷量为q,板间电场可视为匀强电场,忽略重力和空气阻力的影响。求:带电粒子在极板间运动的加速度a和初速度v0

【答案】(1)证明见解析;(2)

【解析】

(1)根据平行板电容器电容的决定式有

根据电容的定义式有

根据匀强电场中电场强度与电势差关系有

联立可得

由此可证两板间的电场强度E只与QS有关,与d无关。

(2)金属板间匀强电场的场强

粒子在板间运动的加速度

在垂直于金属板的方向,带电粒子做初速度为零的匀加速直线运动

在平行于金属板的方向,带电粒子以速度v0做匀速直线运动

带电粒子的初速度

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