题目内容

1.如图所示,在长为2L、宽为L的矩形区域ABCD 内有电场强度大小为 E、方向竖直向下的匀强电场.一质量为m,电量为q的带负电的质点,以平行于 AD 的初速度从 A 点射入该区域,结果该质点恰能从 C 点射出.(已知重力加速度为 g)
(1)计算该质点从A点进入该区域时的初速度v0.
(2)若P、Q 分别为 AD、BC 边的中点,现将 PQCD 区域内的电场撤去,则该质点的初速度v0为多大时仍能从 C 点射出?

分析 (1)粒子在电场中做类平抛运动,根据类平抛运动的规律分别在水平方向和竖直方向上列式计算,即可得出粒子进入电场前的初速度大小;
(2)结合第一问,现将 PQCD 区域内的电场撤去,粒子水平位移和竖直位移的变化情况,再分别在水平方向和竖直方向上列式可求.

解答 解:(1)水平方向匀速:2L=v0t      
 竖直方向匀加速,由牛顿第二定律得:mg-qE=ma
恰好能从C射出:L=$\frac{1}{2}$at2      
联立解得:v0=$\sqrt{\frac{2(mg-qE)L}{m}}$
(2)在ABQP中,水平匀速:L=v0t1
竖直方向匀加速:y1=$\frac{1}{2}$at12
竖直速度为:v1y=at1
在PQCD中,水平匀速:L=v0t2
竖直方向有:y2=v1yt2+$\frac{1}{2}$gt22
恰好从C点射出:y1+y2=L
联立解得:v0=$\sqrt{\frac{(4mg-3qE)L}{2m}}$
答:(1)该质点从A点进入该区域时的初速度为$\sqrt{\frac{2(mg-qE)L}{m}}$;
(2)该质点的初速度v0为$\sqrt{\frac{(4mg-3qE)L}{2m}}$时仍能从 C 点射出.

点评 该题考查了带电粒子在有界匀强电场中的偏转问题,解答此类问题,主要是利用类平抛运动的知识进行求解(水平方向上是匀速直线运动,竖直方向上是匀加速直线运动),解答此类问题,有时还要用到能量的观点.

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