Question

如图（甲）所示，A、B是真空中平行放置的金属板，加上电压后，它们之间的电场可视为匀强电场，A、B两板间距离d=15cm．今在A、B两板间加上如图（乙）所示的交变电压，周期为T=1.0×10^-6s．t=0时，A板电势比B板电势高，电势差U=1080V，一个荷质比=1.0×10⁸C/Kg的带负电的粒子在t=0的时刻从B板附近由静止开始运动，不计重力，问：
（1）当粒子的位移为多大时，粒子的速度第一次达到最大？最大速度为多大？
（2）粒子撞击极板时的速度大小？

Answer 1

【答案】分析：（1）根据AB两极板电场的变化，分析粒子的运动过程，然后判断出何时速度最大，并求出最大速度．
（2）分析清楚粒子的运动过程，由运动学公式求出粒子撞击极板时的速度．
解答：解：（1）由图象可知，粒子在0-周内内向右做匀加速直线运动，
然后向右做匀减速直线运动，因此在时刻，粒子速度第一次达到最大，
由牛顿第二定律可得：ma=q，t₁=时的速度v=at₁，
解得：v=2.4×10⁵ m/s，
0至时间内，粒子位移x₁=at₁²=4cm；
（2）0至时间内，粒子位移x₁=at₁²=4cm；
至时间内，粒子向由做匀减速运动，位移A板减速x₂=x₁=4cm；
至时间内，粒子向B板加速1cm；至T时间内，粒子向A板减速1cm，
一个周期内前进的位移为6cm．两个完整的周期后粒子前进的位移为12cm，
距A板还剩余x=3cm，因此，粒子撞击极板时的速度为由初速为0，经过3cm加速的末速度，
由v²=2ax，得v==×10⁵m/s．
答：（1）当粒子的位移为4cm时，粒子的速度第一次达到最大，最大速度为2.4×10⁵ m/s．
（2）粒子撞击极板时的速度为×10⁵m/s．
点评：由于电场方向不断变化，粒子运动情况比较复杂，本题是一道难题；分析清楚粒子的运动过程是正确解题的关键．