题目内容
如图甲所示,场强大小为E、方向竖直向上的匀强电场内存在着一半径为R的圆形区域,O点为该圆形区域的圆心,A点是圆形区域的最低点,B点是圆形区域最右侧的点。在A点有放射源释放出初速度大小不同、方向均垂直于场强向右的正电荷,电荷的质量均为m,电量均为q,不计重力。试求:
(1)电荷在电场中运动的加速度多大?
(2)运动轨迹经过B点的电荷在A点时的速度多大?
(3)若在圆形区域的边缘有一圆弧形接收屏CBD,B点仍是圆形区域最右侧的点,C、D分别为接收屏上最边缘的两点,如图乙所示,∠COB=∠BOD=37°。求该屏上接收到的电荷的末动能大小的范围。( 提示:sin37°=0.6,cos37°=0.8。)
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解析:
(1) Eq=ma …………… ① (1分)
则a=
…………………② (1分)
(2)电荷在电场中做类平抛运动,设A点的速度为vA,则
水平方向: R=vAt …………………③ (1分)
竖直方向: R=
at2 …………………④ (1分)
联立②③④式得:vA=
…………………⑤ (2分
(3)设圆周上任意点P与OA成θ角,如甲图,电荷以初速度v0由A运动到P时间t0,则
水平方向: Rsinθ=v0t0 …………………⑥ (1分)
竖直方向: R-Rcosθ=
at02 …………⑦ (1分)
A点动能 EKA=
mv02 …………………⑧ (1分)
对电荷由A运动到P过程运用动能定理:Eq(R-Rcosθ)= EKP-EKA ……⑨ (1分)
联立②⑥⑦⑧⑨式得:EKP =
EqR(5-3cosθ)…………………………⑩ (1分)
由⑩式可知,θ角增大,EKP增大,如乙图,因此D点接收到的电荷的末动能最小,C点接收到的电荷的末动能最大。
最小动能为:EKD =
EqR(5-3cos53°)=
EqR ……(1分)
最大动能为:EKC=
EqR(5-3cos127°)=
EqR …(1分)
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