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如圖所示,水平放置的平行板電容器,與某一電源相連.它的極板長L=0.4m,兩板間距離d=4×10-3m,有一束由相同帶電微粒組成的粒子流,以相同的速度v0從兩板中央平行極板射入,開關(guān)S閉合前,兩板不帶電,由于重力作用微粒能落到下板的正中央,已知微粒質(zhì)量為m=4×10-5kg,電量q=+1×10-8C,(g=10m/s2)求:
(1)微粒入射速度v0為多少?
(2)為使微粒能從平行板電容器的右邊射出電場,電容器的上板應(yīng)與電源的正極還是負極相連?所加的電壓U應(yīng)取什么范圍?
分析:(1)粒子剛進入平行板時,兩極板不帶電,粒子做的是平拋運動,根據(jù)平拋運動的規(guī)律可以求得粒子入射速度v0的大小;
(2)由于兩板之間加入了勻強電場,此時帶電粒子在電場中的運動是類平拋運動,仍把運動在水平和豎直兩個方向上分解,進行列式計算.由于帶電粒子的水平位移增加,在板間的運動時間變大,而豎直方向位移不變,所以在豎直方向的加速度減小了,由此可判斷受到了豎直向上的電場力作用,再結(jié)合牛頓運動定律列式求解即可.
解答:解:(1)粒子剛進入平行板時,兩極板不帶電,粒子做的是平拋運動,則有:
水平方向有:
L
2
=v0t

豎直方向有:
d
2
=
1
2
gt2

解得:v0=10m/s
(2)由于帶電粒子的水平位移增加,在板間的運動時間變大,而豎直方向位移不變,所以在豎直方向的加速度減小,所以電場力方向向上,又因為是正電荷,所以上極板與電源的負極相連,
當所加電壓為U1時,微粒恰好從下板的右邊緣射出,則有:
d
2
=
1
2
a
1
(
L
v0
)
2

根據(jù)牛頓第二定律得:mg-q
U1
d
=ma1

解得:U1=120V
當所加電壓為U2時,微粒恰好從上板的右邊緣射出,則有:
d
2
=
1
2
a
2
(
L
v0
)
2

根據(jù)牛頓第二定律得:q
U2
d
-mg=ma2

解得:U1=200V
所以所加電壓的范圍為:120V≤U≤200V
答:(1)微粒入射速度v0為10m/s;
(2)為使微粒能從平行板電容器的右邊射出電場,電容器的上板應(yīng)與電源的負極相連,所加的電壓U的范圍為120V≤U≤200V.
點評:解得此類問題,首先要正確的對帶電粒子在這兩種情況下進行正確的受力分析,確定粒子的運動類型.解決帶電粒子垂直射入電場的類型的題,應(yīng)用平拋運動的規(guī)律進行求解.
此類型的題要注意是否要考慮帶電粒子的重力,原則是:除有說明或暗示外,對基本粒子(例如電子,質(zhì)子、α粒子、離子等),一般不考慮重力;對帶點微粒,(如液滴、油滴、小球、塵埃等),一般要考慮重力.
練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,水平放置的平行金屬板A、B間距為d,帶電粒子的電荷量為q,質(zhì)量為m,粒子以速度v從兩極板中央處水平飛入兩極板間,當兩板上不加電壓時,粒子恰從下板的邊緣飛出.現(xiàn)給AB加上一電壓,則粒子恰好從上極板邊緣飛出求:(1)兩極板間所加電壓U;(2)金屬板的長度L.

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如圖所示,水平放置的矩形線圈abcd的面積為S,處于豎直向下的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場內(nèi),則穿過矩形線圈的磁通量是
BS
BS
,當線圈繞ab邊轉(zhuǎn)過90°時,穿過它的磁通量為
0
0

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精英家教網(wǎng)如圖所示,水平放置的白色的傳送帶以速度v=6m/s向右勻速運行,現(xiàn)將一小煤塊輕輕地放在傳送帶A端,物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.1,若A端與B端相距30m,則(g=10m/s2)(  )
A、小煤塊先作勻加速直線運動,后作勻速直線運動B、小煤塊一直作勻加速直線運動C、全過程中,小煤塊先受到向右的滑動摩擦力,后不受摩擦力作用D、全過程中,小煤塊先受到向右的滑動摩擦力,后受到向右的靜摩擦力作用

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精英家教網(wǎng)如圖所示,水平放置的兩塊長直平行金屬板a、b相距d=0.10m,a、b間的電場強度為E=5.0×105N/C,b板下方整個空間存在著磁感應(yīng)強度大小為B=6.0T、方向垂直紙面向里的勻強磁場.今有一質(zhì)量為m=4.8×10-25kg、電荷量為q=1.6×10?18C的帶正電的粒子(不計重力),從貼近a板的左端以υ0=1.0×106m/s的初速度水平射入勻強電場,剛好從狹縫P穿過b板而垂直進入勻強磁場,最后粒子回到邊界b的Q(圖中未標出)處.試求
(1)粒子穿過狹縫P時的速度υ及其與b板的夾角θ.
(2)P、Q之間的距離L.

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科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示,水平放置的平行板電容器,原來AB兩板不帶電,B極板接地,它的極板長L=0.1m,兩板間距離d=0.4×10-2m,現(xiàn)有一微粒質(zhì)量m=2.0×10-6kg,帶電量q=+1.0×10-8C,以一定初速度從兩板中央平行于極板射入,由于重力作用微粒恰好能落到A板上中點O處,不反彈.忽略平行板電容器的邊緣效應(yīng),取g=10m/s2.試求:
(1)帶電粒子入射初速度的大�。�
(2)現(xiàn)使電容器帶上電荷,使帶電微粒能從平行板電容器的右側(cè)射出,且不碰板.則帶電后A板的電勢應(yīng)滿足什么條件?

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