题目内容

如图所示,正方形区域abcd边长L=8cm,内有平行于ab方向指向bc边的匀强电场,场强E=3750 V/m,一带正电的粒子电量q=10-10C,质量m=10-20kg,沿电场中心线RO飞入电场,初速度v0=2×106m/s,粒子飞出电场后经过界面cd、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,一进入该区域即开始做匀速圆周运动(设点电荷左侧的电场分布以界面PS为界限,且不受PS影响)。已知cd、PS相距12cm,粒子穿过PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏MN上。(静电力常数k=9×109Nm2/C2,不计粒子所受重力)试求:

(1)粒子穿过界面PS时的速度大小与方向;

(2)点电荷Q的电性及电量大小。

(1) v=2.5×106 m/s,方向与水平方向成37°角斜向右下

(2) 点电荷Q带负电 1.04×10-8C


解析:

(1)粒子在正方形区域abcd中做类平抛运动。在RO方向做匀速直线运动,;在ab方向做初速度为0的匀加速直线运动。

运动时间 ------------------------1分

 ------------------------2分

粒子射出dc边界时

vy=at1=1.5×106 m/s  ------------------------2分          

 vx=v0=2×106 m/s

粒子的运动速度为v==2.5×106 m/s -----------------2分

粒子的速度偏向角的正切为tanq=vy/ v0=0.75, q=37°   ------------------------2分

粒子飞出电场后在界面cd、PS间的无电场区域做匀速直线运动,所以粒子穿过界面PS时的速度大小为v=2.5×106 m/s,方向与水平方向成37°角斜向右下。 -----------1分

(2)粒子由界面ab运动到界面PS的过程中竖直方向上的位移

        ------------------------2分

由题意,粒子穿过界面PS时速度方向和库仑力方向垂直,库仑力提供向心力。

所以点电荷Q带负电,------------------------1分

粒子做圆周运动的半径为R=y/cosq=0.15 m   -----------------2分

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