题目内容

【题目】如图所示,空中相距5cm的两块平行金属板A、B与电源连接(图中未画出),其中B板接地(电势为零),A板电势变化的规律如图所示,将一个质量,电荷量为的带电粒子从紧临B板处无初速度释放,不计重力,求:

(1)在t=0时刻释放该带电粒子,释放瞬间粒子加速度的大小;

(2)若A板电势变化周期为,在t=0时将带电粒子释放,粒子到达A板时动量的大小;

(3)A板电势变化周期多大时,在到时间内释放该带电粒子,粒子不能到达A板。

【答案】(1)(2)(3)

【解析】试题分析:(1)由图可知两板间开始时的电势差,则由U=Ed可求得两板间的电场强度,则可求得电场力,由牛顿第二定律可求得加速度的大小;(2)因粒子受力可能发生变化,故由位移公式可求得粒子通过的距离,通过比较可知恰好到A板,故电场力不变,由动量定理可求得动量;(3)要使粒子不能到达A板,应让粒子在向A板运动中的总位移小于极板间的距离,由以上表达式可得出变化的周期.

(1)电场强度,带电粒子所受电场力

由牛顿第二定律得:

解得:

(2)粒子在时间内从静止开始向右做匀加速运动的距离为: ,在后半个周期内做匀减速运动直到速度为零,根据对称性可知走过的距离仍为0.8cm,故一个周期内粒子向右走的距离为1.6cm,由此可知粒子经过三个周期向右运动的距离,此时速度为零则此时距A的距离为

由,得

粒子到达A板时动量的大小

(3)带电粒子在时间内释放时向A板做匀加速运动,在向A板做匀减速运动,速度减为零后将返回.粒子向A 板运动可能的最大位移为

要求粒子不能到达A板,则有

则有:

解得:

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