题目内容
【题目】如图所示,两平行金属板水平放置,上极板带正电,下极板带负电。一个质子从A点水平飞入两板之间,并从B点飞出。已知板间电压为U,板间距离为d,极板长度为L,质子带电量为e,质量为m,水平初速度为v0,重力忽略不计。求:
![]()
(1)质子在两板间运动时加速度a的大小。
(2)质子从A点运动到B点的动量变化量
的大小。
(3)将上、下极板分别接在电压可调的直流电源的正负极上,固定下极板,上极板可上下移动。保持极板长度L不变的情况下,增大水平初速度v0的大小,要使质子从A点水平飞入后、仍从B点飞出,可以采取哪些可行性措施。
【答案】(1)
(2)
(3)见解析;
【解析】
(1)质子在两板间只受电场力作用,根据牛顿第二定律可求加速度;
(2)根据质子在水平方向做匀速直线运动可求运动时间,根据动量定理,可求物体动量的变化量;
(3)要使质子从A点水平飞入后、仍从B点飞出,即质子在两板之间运动的偏转距离y不变。根据牛顿第二定律和位移时间关系求出位移的表达式,即可分析。
(1)质子在两板间只受电场力作用,根据牛顿第二定律:![]()
联立得:![]()
(2)设质子在两板间运动的时间为t。质子在水平方向做匀速直线运动:L = v0t
根据动量定理,物体动量的变化等于合外力的冲量。质子在两板间运动,所受的合外力为两板间电场施加的电场力,因此动量变化量的大小:![]()
联立得:![]()
(3)设质子在两板之间运动时垂直于板面方向的偏转距离为y。质子在两板间运动的时间:![]()
质子在竖直方向上做匀加速运动:![]()
将t和a代入,得:
=![]()
要使质子从A点水平飞入后、仍从B点飞出,即质子在两板之间运动的偏转距离y不变。
根据
=
,保持极板长度L不变的情况下,增大水平初速度v0的大小,要使y不变,可以使d不变,增大两极板间的电压U;或者使U不变,减小两板之间的距离d。