题目内容

【题目】如图所示,两平行金属板A、B板长L=8 cm,两板间距离d=8 cm,A板比B板电势高300 V,一带正电的粒子带电量q=10-10 C,质量m=10-20 kg。沿电场中心线OR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影响,界面MN、PS垂直中心线OR),已知两界面MN、PS相距为12 cm,O点在中心线上距离界面PS为9 cm处,粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上。 (静电力常数k=9×109 N·m2/C2,sin370=0.6,cos370=0.8)

求(1)在图上粗略画出粒子运动的轨迹;

(2)粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离y和到达PS界面时离D点的距离Y分别是多少?

(3)确定点电荷Q的电性并求其电量的大小。

【答案】(1)第一段抛物线,第二段直线,第三段圆弧 (2)3cm ;12cm (3)1.04×10-8C

【解析】(1)第一段抛物线,第二段直线,第三段圆弧

(2)设粒子从电场中飞出时的侧向位移为h, 穿过界面PS时偏离中心线OR的距离为y,则:

整理即:

代入数据,解得:y=0.03m=3cm

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,沿电场方向的速度为vy,则可列

代入数据,解得: vy=1.5×106m/s

由 带入得 则θ=370

到达PS界面时离D点的距离Y=y+Ltanθ

代入数据,解得: Y=0.12m=12cm

(3)由粒子的偏转方向可知点电荷的电性为负电

由上一问可得粒子从电场中飞出时的速度为:

匀速圆周运动的半径:

由: 得

代入数据解得: Q=1.04×10-8C

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