如图所示,边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场.电量为q、动能为E0的带电粒子从a点沿ab方向进入电场,不计重力.
(1)若粒子从c点离开电场,求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能.
(2)若粒子离开电场时动能为EK′,求电场强度的大小?
(1)粒子的初动能为,E0=
m1 2 v 20
粒子在ab方向上作匀速运动,L=v0t
粒子在ad方向上做初速度为0的匀加速运动,L=
at21 2
根据牛顿第二定律,a=qE m
所以E=4E0 qL
根据动能定理,有
qEL=Ekt-E0
所以
Ekt=qEL+E0=5E0.
即电场强度的大小为
,粒子离开电场时的动能为5E0.4E0 qL
(2)根据牛顿第二定律,有
qE=ma ①
沿初速度方向做匀速运动,有
x=v0t ②
沿电场方向的分位移为
y=
at2 ③1 2
根据动能定理,有
qEy=EK′-E0 ④
当带电粒子从bc边飞出时,x=L,y<L,由①②③④式联立解得
E=
=v0 2m(Ek′-E0) qL 4E0(Ek′-E0) qL
当带电粒子从cd边飞出时,y=L,x<L,由①②③④式联立解得
E=Ek′-E0 qL
即当带电粒子从bc边飞出时电场强度为E=
;当带电粒子从cd边飞出时电场强度为4E0(Ek′-E0) qL
.Ek′-E0 qL