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如图所示,两平行金属板A,B长l=8cm,两板间距离d=8cm,A板比B板电势高300V,即UAB=300V。一带正电的粒子电荷量q=1.0×10-10C,质量m=1.0×10-20Kg,从R点沿电场中心线垂直电场线飞入电场,初速度V0=2×106m/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,进入固定在中线上的O点的点电荷Q形成的电场区域(设界面PS的右边点电荷的分布不受界面的影响),已知两界面MN,PS相距为L=12cm,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。求(静电力常数K=9×109N.m2/C2

(1)粒子穿过界面PS时偏离中心线RO的距离多远?

(2)点电荷Q的电量

 

答案

(1)设粒子从电场中飞出的侧位移为h,穿过界面PS时偏离中心线的距离为y

h=at2/2………………(1)               ……………………. 1分

l=v0t…………………(2)...........................................1分

a=qUAB/md…………(3)..........................................1分.

由(1)(2)(3)得

h=qUABl2/2mdv02......................................................................................2分

h=0.03m   ...........................................1分

又由相似三角形得

h/y=l/2/(l/2+L)         ............................................ 3分.

y=0.12m                                        ......... 1分

(2)设粒子从电场中飞出时在竖直方向的速度为Vy

   Vy=at=qlUAB/mdv0.........................................................................1分

   Vy=1.5×106m/s........................................ 1分

粒子从电场中飞出时速度V

   V=√vx2+vy2=2.5×106m/s  ...............................1分

V与水平方向的夹角

Θ=arctanVy/Vx=37°……………………………………….………1分

粒子穿过界面PS垂直打在放置中心线上的荧光屏上,粒子穿过界面PS后将绕电荷Q做匀速圆周运动,其半径与速度方向垂直

匀速圆周运动半径r

  r=y/cosθ=0.15m             …………………………………1分

又  kQq/r2=mv2/r               .........................2分

得 Q=1.04×10-8C1分        ……………………………… ..…. 1分

解析:略

 

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