问题 计算题

(16分)如图,水平放置的平行板电容器,原来两极板不带电,上极板接地,它的极板长L=0.1 m,两极板间距离d=0.4 cm.有一束相同微粒组成的带电粒子流从两板中央平行于极板射入,由于重力作用微粒落到下板上.已知微粒质量为m=2×10-6 kg,电荷量为q=+1×10-8 C,电容器电容为C=10-6 F,g 取10 m/s2,求:

(1)为使第一个微粒的落点范围在下极板中点到紧靠边缘的B点之内,则微粒入射速度v0应为多少?

(2)若带电粒子落到AB板上后电荷全部转移到极板上,则以上述速度射入的带电粒子最多能有多少个落到下极板上?

答案

(1) 2.5 m/s<v0<5 m/s(2)600个

(1)若第一个粒子落到O点,

=v01t1   ---------2分

 得v01=2.5 m/s ---------2分

若落到B点,由L=v02t1 -------2分

得v02=5 m/s

故 2.5 m/s<v0<5 m/s.-----------2分

(2)由L=v01t,得t=4×10-2 s--------2分

 at2得a=2.5 m/s2-------------2分

由mg -qE=ma,E=  ----------2分

得Q=6×10-6C

所以n==600个.----------2分

本题带电粒子在匀强电场中的偏转,如果粒子落在O点,由粒子所受电场力方向与速度方向垂直可知粒子做的是类平抛运动,由平抛运动规律可求得此时速度大小,如果粒子落在B点,由水平和竖直方向的分运动可求得此时速度大小,由此可知粒子初速度的取值范围,随着落在下极板的电荷越来越多,极板间的场强越来越大,由水平分速度先求的运动时间,再由竖直方向的匀加速直线运动求得加速度大小,由牛顿第二定律求得电场力大小,由E=U/d可求得电压大小,由电容器的电容公式可求得极板带电量,从而求得粒子个数

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