题目内容

4.如图所示,等腰直角三角形ABC的直角边长为2L,O为AB的中点,在△ABC区域内,有一沿AB方向,大小为E的匀强电场.两个质量均为m,带电量均为q的正电荷粒子X、负电荷粒子Y先后以不同的初速度从O点垂直于AB进入△ABC区域,其中粒子x从BC边的G点飞出,已知BG间距为$\frac{2\sqrt{3}}{3}$L,而粒子y则从H点垂直于AC边飞离.(不计粒子的重力).求:
(1)粒子X飞离G点时的速度;
(2)两个粒子X、Y分别飞入O点时的初速度之比.

分析 粒子在电场中做类平抛运动,在水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动;
(1)对X粒子,应用类平抛运动的规律求出粒子的速度,求出粒子的初速度,应用动能定理求出粒子离开G点的速度.
(2)Y粒子在电场中做类平抛运动,应用类平抛运动规律可以求出粒子的初速度,然后求出初速度之比.

解答 解:粒子在电场中做类平抛运动;
(1)对X粒子,由牛顿第二定律可得:a=$\frac{Eq}{m}$,
竖直方向:L=$\frac{1}{2}$at2,
水平方向为:$\frac{2\sqrt{3}}{3}$L=v0t,
解得:v0=$\sqrt{\frac{EqL}{m}}$;
对OG过程由动能定理可知:
EqL=$\frac{1}{2}$mv2-$\frac{1}{2}$mv02
解得:v=$\sqrt{\frac{EqL}{3m}}$;
(2)Y粒子在电场中做类平抛运动,粒子y则从H点垂直于AC边飞离,由几何知识得:
OF=L,OH=$\frac{\sqrt{2}}{2}$L,
x=OHcos45°=$\frac{1}{2}$L,y=OHsin45°=$\frac{1}{2}$L,
在水平方向:x=v0Yt,
在竖直方向:y=$\frac{1}{2}$$\frac{qE}{m}$t2,
解得:v0Y=$\frac{1}{2}$$\sqrt{\frac{qEL}{m}}$,
粒子初速度之比:$\frac{{v}_{0X}}{{v}_{0Y}}$=$\frac{\sqrt{\frac{qEL}{m}}}{\frac{1}{2}\sqrt{\frac{qEL}{m}}}$=$\frac{2}{1}$;
答:(1)粒子X飞离G点时的速度为$\sqrt{\frac{EqL}{3m}}$;
(2)两个粒子X、Y分别飞入O点时的初速度之比为2:1.

点评 带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,应用类平抛运动规律可以解题;本题解题的关键是分析清楚粒子运动过程,几何知识的应用.

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