Question

如圖甲所示，在場強(qiáng)大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場內(nèi)存在一個(gè)半徑為R的圓形區(qū)域，O點(diǎn)為該圓形區(qū)域的圓心，A點(diǎn)是圓形區(qū)域的最高點(diǎn)，B點(diǎn)是圓形區(qū)域最右側(cè)的點(diǎn)．在A點(diǎn)由放射源釋放出初速度大小不同、方向均垂直于場強(qiáng)向右的正電荷，電荷的質(zhì)量為m，電量為q，不計(jì)電荷的重力．
（1）正電荷以多大的速率發(fā)射，才能經(jīng)過圖中的P點(diǎn)（圖甲中θ為已知）？
（2）在問題（1）中，電荷經(jīng)過P點(diǎn)的動(dòng)能是多大？
（3）若在圓形區(qū)域的邊緣有一接收屏CBD，其中C、D分別為接收屏上最邊緣的兩點(diǎn)（如圖乙所示），且∠COB=∠BOD=30°．則該屏上接收到的正電荷的最大動(dòng)能是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）正電荷q做類平拋運(yùn)動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)分解成水平方向勻速運(yùn)動(dòng)和豎直方向初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)，再列出等式求解．
（2）對電荷從A到P點(diǎn)過程，運(yùn)用動(dòng)能定理求解電荷經(jīng)過P點(diǎn)的動(dòng)能．
（3）根據(jù)（2）題中的P點(diǎn)的動(dòng)能的表達(dá)式求出當(dāng)θ為何值時(shí)動(dòng)能最大，并求解．
解答：解：（1）對正電荷q做類平拋運(yùn)動(dòng)
Rsinθ=Vt
R（1+cosθ）=
解得  v=
（2）對電荷從A到P點(diǎn)過程，運(yùn)用動(dòng)能定理得：
E_K-mV²=EqR（1+cosθ）
解得E_K=EqR（5+3cosθ）
（3）由上問結(jié)果可知當(dāng)θ=60時(shí)，即電荷打到D點(diǎn)其動(dòng)能最大
最大動(dòng)能為：
E_Km=EqR（5+3cos60°）=
答：（1）正電荷以的速率發(fā)射，才能經(jīng)過圖中的P點(diǎn)
（2）在問題（1）中，電荷經(jīng)過P點(diǎn)的動(dòng)能是EqR（5+3cosθ）
（3）該屏上接收到的正電荷的最大動(dòng)能是
點(diǎn)評：本題考查靈活選擇解題規(guī)律的能力．類平拋運(yùn)動(dòng)通常用動(dòng)力學(xué)方法處理，即電場強(qiáng)度方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，垂直電場強(qiáng)度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)．