如图甲所示,A和B是长为L、间距为d的平行金属板,靶MN垂直固定在它们的右端.在A、B板上加上方形波电压,如图乙所示.电压的正向值为U0,反向值为,周期为T.现有质量为m、带电量为+q的粒子连续从AB的中点O以平行于金属板的方向射入.设所有粒子都能穿过电场打到靶上,而且每个粒子在AB间的飞行时间均为T,不计粒子重力的影响.试问:
(1)粒子射入平行金属板时的速度多大?
(2)t=时刻入射的粒子打到靶上的位置距靶中心点O’多远?
(3)t=时刻入射的粒子打到靶上时动能多大?
(1)粒子在水平方向粒子作匀速直线运动,则有:v0=
(2)在竖直方向,从~T时间内,粒子向上作初速为零的匀加速运动,有
a==
则粒子竖直方向上的位移 s1=a()2=
粒子在T~T时间内,由于此时的加速度大小a′=2a,所以粒子先向上减速后向下加速,此阶段竖直方向的位移s2=0.
综上所述,有竖直方向上总位移 s总=s1+s2=
(3)在竖直方向,从~T时间内,有
vy1=a•=
在~T时间内,粒子以加速度a′=2a向上作类竖直上抛运动,有
vy2=vy1-a′•=-•=-
带电粒子在水平方向一直作匀速直线运动,所以带电粒子穿过电场后打到靶上的动能为
Ek=m(+)=m(+)=+=
答:
(1)粒子射入平行金属板时的速度为.
(2)t=时刻入射的粒子打到靶上的位置距靶中心点O′是.
(3)t=时刻入射的粒子打到靶上时动能为.