题目内容

如图所示,两带有等量异种电荷的平行金属板M.N竖直放置,两板间的距离d=0.5m.现将一质量m=1×10-2kg、电荷量q=4×10-5C的带电小球从两极板上方A点以v=4m/s的初速度水平抛出,A点距离两板上端的高度h=0.2m,之后小球恰好从靠近M板上端处进入两板间,沿直线运动碰到N板上的B点,不计空气阻力,取g=10m/s2.设匀强电场只存在于M、N之间.
求:
(1)两极板间的电势差;
(2)小球由A到B所用总时间;
(3)小球到达B点时的动能.
【答案】分析:(1)根据平抛运动的基本公式求出小球刚进入电场时竖直方向的速度,小球在电场中做直线运动,求出电场力与重力的关系,根据U=Ed即可求得电势差;
(2)求出从A到B竖直方向的高度,根据平抛运动的基本公式即可求得运动时间;
(3)从A到B的过程中运用动能定理即可求解.
解答:解:(1)小球到达板上端时的竖直分速度
设小球在电场中做直线运动时,运动方向与水平方向的夹角为θ,则
tanθ==
所以E=
U=Ed=
(2)设B点到极板上端的距离为L,则L=dtanθ
在竖直方向上:h+L=
解得:t=0.3s
(3)从A到B运用动能定理得:
mg(h+L)+qEd=
解得:=0.225J
答:(1)两极板间的电势差为2.5×103V;
(2)小球由A到B所用总时间为0.3s;
(3)小球到达B点时的动能为0.225J.
点评:解决本题的关键知道平抛运动的规律,以及知道小球进入电场后速度方向与小球所受的合力方向相同.
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