题目内容

【题目】如图所示,两平行金属板A、B长l=8 cm,两板间距离d=8 cm,A板比B板电势高300 V,即UAB=300 V。一带正电的粒子电量为q=10-10 C,质量为m=10-20 kg,从R点沿电场中心线垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106 m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后,进入固定在中心线上O点的点电荷Q形成的电场区域(设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响)。已知两界面MN、PS相距为L=12 cm,粒子穿过界面PS后被点电荷Q施加的电场力俘获,从而以O点为圆心做匀速圆周运动,最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏EF上(静电力常量k=9×109 N·m2/C2,粒子重力不计,tan 37°=,tan 53°=)。求:

(1)粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离h;

(2)粒子穿过界面MN时的速度v;

(3)粒子穿过界面PS时偏离中心线RO的距离Y;

【答案】(1)3cm(2) 方向与水平方向成 角斜向下(3)12cm(4)

【解析】

(1)设粒子在两极板间运动时加速度为a,运动时间为t,

则:t= ①

h=at2 ②

③

解得:h==0.03 m=3 cm ④

(2)粒子的运动轨迹如图所示

设粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为vy,则:

vy=at=⑤

解得:vy=1.5×106 m/s ⑥

所以粒子从电场中飞出时的速度为:

v==2.5×106 m/s ⑦

设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为θ,则:

tan θ= ⑧

解得:θ=37° ⑨

(3)带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动,由相似三角形知识得:

⑩

解得:Y=0.12 m=12 cm

(4)粒子做匀速圆周运动的半径为:

r==0.15 m

又:

解得:|Q|=1×10-8 C

故:Q=-1×10-8 C

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