题目内容

如图所示,两平行金属板A、B长l=8 cm,两板间距离d=8 cm,A板比B板电势高300 V,即UAB=300 V.一带正电的粒子电量q=10-10 C,质量m=10-20 kg,从R点沿电场中心线垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106 m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后,进入固定在中心线上的O点的点电荷Q形成的电场区域(设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响).已知两界面MN、PS相距为L=12 cm,粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏EF上.(静电力常数k=9×109 N·m2/C2)

求:(1)粒子穿过界面PS时偏离中心线RO的距离多远?

(2)点电荷的电量.

答案:
解析:

  (1)设粒子从电场中飞出时的侧向位移为h,穿过界面PS时偏离中心线OR的距离为y,则:h=at2/2  (2分)

     即:  (2分)

  代入数据,解得:h=0.03 m=3 cm  (2分)

  带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动,由相似三角形知识得:

    (2分)

  代入数据,解得:y=0.12 m=12 cm  (2分)

  (2)设粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为vy,则:vy=at=

  代入数据,解得:vy=1.5×106 m/s  (2分)

  所以粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为:

    (2分)

  设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为,则:

      (2分)

  因为粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏上,所以该带电粒子在穿过界面PS后将绕点电荷Q作匀速圆周运动,其半径与速度方向垂直.

  匀速圆周运动的半径:  (2分)

  由:  (2分)

  代入数据,解得:Q=1.04×10-8 C  (2分)


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