题目内容

【题目】如图(a)所示,水平放置的平行金属板AB间的距离d=0.1m,板长L=0.3m,在金属板的左端竖直放置一带有小孔的挡板,小孔恰好位于AB板的正中间,距金属板右端x=0.5m处竖直放置一足够大的荧光屏,现在AB板间加如图(b)所示的方波形电压,已知U0=1.0×102V,在挡板的左侧,有大量带正电的相同粒子以平行于金属板方向的速度持续射向挡板,粒子的质量m=1.0×10-7kg,电荷量q=1.0×10-2C,速度大小均为v0=1.0×104m/s,带电粒子的重力不计,

则:(1)求带电粒子在电场中的运动时间;

(2)求在t=0时刻进入的粒子打在荧光屏上的位置到O点的距离;

(3)若撤去挡板,求荧光屏上出现的光带长度。

【答案】(1)(2)(3)0.95m

【解析】

试题分析:(1)假设粒子可以从电场中射出,则进入电场的粒子在水平方向不受力,做匀速直线运动,

粒子在电场中运动时间,从t=0时刻进入的粒子偏移量最大,

竖直方向其中粒子匀加速运动,接着粒子匀减速直线运动,

由于电压大小一样,所以加速度大小相等,

离开电场时竖直方向速度

竖直方向位移,

假设成立,所以粒子在电场中运动时间

(2)粒子在电场运动时间一共是,

根据两极板电压变换图b,竖直方向其中粒子匀加速运动,接着粒子匀减速直线运动,由于电压大小一样,所以加速度大小相等

离开电场时竖直方向速度

竖直方向位移,

离开电场后到金属板的过程,

水平方向匀速直线运动 x=v0t竖直方向匀速直线运动,

所以打到荧光屏的位置到O点的距离

(3)撤去挡板后,所有离开电场的粒子速度都相同,示意图如下:

t=0时刻进入的粒子,偏转位移最大,且运动过程中没有速度反向

,

若粒子进入的位置合适,粒子可以从极板的下边沿离开电场,打在离荧光屏O点最远位置为。

时刻进入的粒子反向偏转过程中位移最大是速度减小到0的时候,

若粒子位置合适,粒子此时刚好到达上极板,随后开始加速,时间为 ,

此粒子上面的粒子将打在上极板上而不能离开电场。此粒子正向偏移离O点距离.

根据离开粒子速度大小方向相同,判断打在荧光屏上面的光带长度为

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