题目内容

静电喷漆技术具有效率高,浪费少,质量好,有利于工人健康等优点,其装置示意图如图20所示。A、B两块平行金属板,间距,两板间有方向由B指向A,电场强度的匀强电场。在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P,油漆喷枪的半圆形喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒,油漆微粒的质量电荷量喷出的初速度。油漆微粒最后都落在金属板B上。微粒所受重力和空气阻力及微粒之间的相互作用力均可忽略。

      求:

   (1)微粒落在B板上的动能;

   (2)微粒从离开喷枪后到达B板所需的最短时间;

   (3)微粒最后落在B板上所形成图形的面积。

【解析】(1)据动能定理,电场力对每个微粒做功,微粒打在B板上时的动能                                 

代入数据解得:          J                           

(2)微粒初速度方向垂直于极板时,到达B板时间最短,到达B板时速度为vt,有

可得vt=8.0m/s。由于微粒在两极板间做匀变速运动,即

                             

可解得                       t =0.06s                                

(3)由于喷枪喷出的油漆微粒是向各个方向,因此微粒落在B板上所形成的图形是圆形。对于喷枪沿垂直电场方向喷出的油漆微粒,在电场中做抛物线运动,根据牛顿第二定律,油漆颗粒沿电场方向运动的加速度   

运动的位移                          

油漆颗粒沿垂直于电场方向做匀速运动,运动的位移即为落在B板上圆周的半径

                   

微粒最后落在B板上所形成的圆面积     S=πR2

联立以上各式,得                  

代入数据解得                        S =7.5ⅹ10-2m2       

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