综合题20.0分
物理

如图甲所示,M、N 为一对竖直放置的平行金属板,中心各有一小孔 P 和 Q,PQ 连线 垂直金属板,现有质量 m=2.0×10-27 kg,电荷量 q=1.6×10-19C 带正电的粒子连续不断地从 小孔 P 飘入 M、N 板之间,带电粒子在小孔 P 处的初速可忽略。在 M、N 间加有如图乙所 示的交变电压,且 t=0 时 M 板电势高于 N 板电势。带电粒子在 M、N 间运动过程中,粒子 所受重力以及粒子之间的相互作用力均可忽略不计。

28.如果两平行金属板间距离 d=5.0cm, 求:

①带电粒子从小孔 Q 中射出时的最大速度值;   

② 在 t=0.125×10 s 时飘入小孔 P 的带电粒子到达小孔 Q 时的动能;

29.如果在 时间内(n=0,1,2,„„),由小孔 P 飘入的带 电粒子都能从小孔 Q 中射出,则两板间距离 d 应满足怎样的条件。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

(1)①②5.0×10-20J

解析

(1)带电粒子在电场中运动的加速度

①带电粒子经过半个周期加速运动,前进的距离 即从t=0时刻飘入P孔的粒子经过0.5T时间刚好运动到Q孔,并从Q孔射出。此时的速度即最大速度。

 ②在t=0.125×10-5s时刻飘入P孔的带电粒子,在时间内,加速向右运动位移 粒子做减速运动的位移设带电粒子到达小孔Q的动能为EkQ,由动能定理 

解得EkQ=5.0×10-20J

考查方向

匀变速直线运动及其公式、图像牛顿运动定律、牛顿定律的应用

解题思路

(1)进入到金属板之间的带电粒子的加速度根据牛顿第二定律和

结合求解.再由Vm=at即可求出最大速度。

易错点

此题很难,每个点都容易出错。

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

(2)d<2.5cm

解析

(2)如果只在[n~(n+0.25)]×10-5s内,

即在每个周期的时间内从小孔P飘入的粒子均能从Q孔射出,

只要每个周期内时刻从小孔P飘入的带电粒子能从Q孔射出,

则在每个周期内之前飘入小孔P的粒子就一定能从Q孔射出。

每个周期内时刻飘入的带电粒子,

时间内向右加速运动,

时间内向右减速到零,此后则返回向左运动。

所以,

在每个周期内时刻飘入的带电粒子,

时刻向右运动到最远点,

并可从小孔Q中射出,

则两板间距离d应满足的条件是时间内的位移s>

解得   s =2.5cm 即两板间距离d应满足的条件是d<2.5cm

考查方向

匀变速直线运动及其公式、图像牛顿运动定律、牛顿定律的应用

解题思路

(2)通过分析每个周期内带电粒子的运动情况,确定只有在每个周期的0~

时间内放出的带电粒子才能从小孔Q中射出时应满足的条件,根据牛顿第二定律和运动学公式求解各物理量之间应满足的关系.

易错点

此题很难,每个点都容易出错。