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。)

 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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