题目内容

【题目】如图所示,EF与GH间为一无场区。无场区左侧A、B为相距为d、板长为L的水平放置的平行金属板,两板上加某一电压从而在板间形成一匀强电场,其中A为正极板。无场区右侧为一点电荷形成的电场,点电荷的位置O为圆弧形细圆管CD的圆心,圆弧半径为R,圆心角为120°,O、C在两板间的中心线上,D位于GH上。一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子以初速度沿两板间的中心线射入匀强电场,粒子出匀强电场经无场区后恰能进入细圆管,并做与管壁无相互挤压的匀速圆周运动。(已知静电力常量为k,不计粒子的重力、管的粗细)。求:

(1)O处点电荷的电荷量;

(2)两金属板间所加的电压。

【答案】(1)(2)

【解析】

试题分析:(1)设处于O点的点电荷的电荷量为Q,设粒子离开平行金属板的速度为,设粒子离开平行金属板的速度与水平方向的夹角为。因为粒子在管中做与管壁无相互挤压的匀速圆周运动,所以可知处于O点的点电荷给粒子的库仑力提供粒子做匀速圆周运动所需的向心力,故有

①

粒子在D点的速度分解矢量图如图所示

科易有②

③

由①②③解得

(2)设两金属板间所加的电压为U,由(1)中分析可知,粒子离开平行金属板时竖直方向的速度为

④

因粒子在平行金属板间做类平抛运动,故有⑤

⑥

⑦

由②④⑤⑥⑦解得

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