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 如图所示,在正交坐标系xOy的第一、四象限内分别存在两个大小相等,方向不同的匀强电场,两组平行且等间距的实线分别表示两个电场的电场线,每条电场线与x轴所夹的锐角均为60°。一质子从y轴上某点A沿着垂直于电场线的方向射入第一象限,仅在电场力的作用下第一次到达x轴上的B点时速度方向正好垂直于第四象限内的电场线,之后第二次到达x轴上的C点。求OBBC的比值。

 

 

 

 

 

 

 

 

答案

 【方法一】带电粒子的运动轨迹如图所示,设质子在电场中运动的加速度为a,在A、B两点的速度分别为v0v,经历时间为t1。作AM垂直于v0方向,BM平行于v0方向,过交点Mx轴的垂线,垂足为N,则OB=ON+NB   ①

由几何关系 ON=AMsin300 ②2分

NB=MBcos300 ③2分

由题意知vv0的夹角为60°,根据平抛运动规律

沿垂直于v0方向的位移    ④2分

沿平行于v0方向的位移  MBv0t1   ⑤2分

B点,沿垂直于v0方向的速度分量    ⑥2分

沿平行于v0方向的速度分量  ⑦2分

联立④~⑦解得         ⑧       联立①②③⑧解得 

设质子从BC经历时间为t2,作BP垂直于v方向,CP平行于v方向,根据平抛运动律沿CP方向      ⑩2分

沿BP方向      ⑾2分

联立⑦⑩⑾解得         ⑿             联立⑨⑿解得    ⒀2分

【方法二】设质子在A、B点的速度分别为v0v1,由几何关系可知,v1v0的夹角为60°,v1x轴夹角为30°。从AB过程中,设电场力的大小为F,质子的质量为m,加速度为a

沿着x轴正方向:2L1acos60°=(v1sin60°)2-(v0sin60°)2   且v0=v1cos60°

BC过程中,设运动时间为t,由平抛运动规律:垂直电场方向:L2sin30°=at2

沿着电场方向:L2cos30°= v1t          联立解得OBBC的比值为L1:L2=27:64。

 

 

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