题目内容
如图所示,某空间有一竖直向下的匀强电场,电场强度E=1.0×102 V/m,一块足够大的接地金属板水平放置在匀强电场中,在金属板的正上方高度h=0.80 m的a处有一粒子源,盒内粒子以v0=2.0×102 m/s的初速度向水平面以下的各个方向均匀放出质量为m=2.0×10-15 kg,电荷量为q=+10-12 C的带电粒子,粒子最终落在金属板b上.若不计粒子重力,求:(结果保留两位有效数字)
(1)粒子源所在a点的电势;
(2)带电粒子打在金属板上时的动能;
(3)从粒子源射出的粒子打在金属板上的范围(所形成的面积);若使带电粒子打在金属板上的范围减小,可以通过改变哪些物理量来实现?
解析 (1)题中匀强电场竖直向下,b板接地;
因此φa=Uab=Eh=1.0×102×0.8 V=80 V
(2)不计重力,只有电场力做功,对粒子由动能定理得
qUab=Ek-
mv![]()
可得带电粒子打在金属板上时的动能为
Ek=qUab+
mv
=1.2×10-10 J
(3)粒子源射出的粒子打在金属板上的范围以粒子水平抛出落点为边界,设水平抛出后t时间落在板上:
x=v0t,h=
at2,a=
,S=πx2
联立以上各式得S=
≈4 m2,若使带电粒子打在金属板上的范围减小可以通过减小h或增大E来实现.
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