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14分)如图(甲)所示,在场强大小为E、方向竖直向上的匀强电场中存在着一半径为R的圆形区域,O点为该圆形区域的圆心,A点是圆形区域的最低点,B点是圆形区域最右侧的点.在A点有放射源释放出初速度大小不同、方向均垂直于场强方向向右的正电荷,电荷的质量为m、电量为q,不计电荷重力、电荷之间的作用力.

1)若某电荷的运动轨迹和圆形区域的边缘交于P点,如图(甲)所示,POA=θ,求该电荷从A点出发时的速率.

2)若在圆形区域的边缘有一接收屏CBD,如图(乙)所示,CD分别为接收屏上最边缘的两点,COB=∠BOD=30°.求该屏上接收到的电荷的最大动能和最小动能.

答案

解:(1a = Rsinθ= v0t R-Rcosθ=at2 由以上三式得v0 =        

2)由(1)结论得粒子从A点出发时的动能为m v02 = =       

则经过P点时的动能为Ek=Eq(R-Rcosθ)+m v02 = EqR (5-3cosθ)

可以看出,当θ0°变化到180°,接收屏上电荷的动能逐渐增大,因此D点接收到的电荷的末动能最小,C点接收到的电荷的末动能最大。    

最小动能EkD=Eq(R-Rcosθ)+m v0D2 = EqR (5-3cos60°) =  EqR    

最大动能为EkC=Eq(R-Rcosθ)+m v0C2 = EqR (5-3cos120°) =  EqR

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