题目内容

如图所示,水平放置的平行板电容器,与某一电源相连。它的极板长L=0.4m,两板间距离d=4×10-3m,有一束由相同带电微粒组成的粒子流,以相同的速度v0从两板中央平行极板射入,开关S闭合前,两板不带电,由于重力作用微粒能落到下板的正中央,已知微粒质量为m=4×10-5kg,电量q=+1×10-8C,(g=10m/s2)求:

(1)微粒入射速度v0为多少?

(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场,电容器的上板应与电源的正极还是负极相连?所加的电压U应取什么范围?

 

【答案】

(1) 10m/s(2)所加的电压范围应为120V≤U≤200V

【解析】(1)微粒做平抛运动,

由=v0t   =gt2

解得v0=10m/s

(2)电容器的上板应接电源的负极相连

设当所加的电压为U1时,微粒恰好从下板的右边缘射出

=a1

又由牛顿第二定律可得  mg-q=ma1

解得U1=120V

设当所加的电压为U2时,微粒恰好从上板的右边缘射出

=a2

又由牛顿第二定律可得  q-mg=ma2

解得U2=200V

综上,所加的电压范围应为120V≤U≤200V

本题考查带电粒子在电场中的偏转,粒子进入极板间,所受重力与初速度方向垂直,粒子做平抛运动,由水平方向匀速和竖直方向匀加速可求得初速度大小,当加上电场后,若电容器的上板应接电源的负极相连,粒子从下极板右端射出,粒子所受电场力竖直向上,先求的与电场力与重力的合力,再由类平抛运动规律求解,可求得电压的最小值,同理当电压最大时,电场力大于重力,粒子从上板右边缘射出,可求得电压最大值

 

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