Question

如圖所示，在真空中水平放置一對(duì)金屬板．在兩板間加以電壓U=800V，板間距離為d=2cm，板長L=10cm．一電荷量為q=1×10^-9C質(zhì)量為m=5×10^-6kg的帶電粒子從極板中央以水平速度v₀=2m/s射入電場(chǎng)．試分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況．（不計(jì)粒子的重力）
（1）粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t為多少？
（2）粒子在電場(chǎng)時(shí)的加速度a為多少？
（3）穿出電場(chǎng)時(shí)在豎直方向上的位移y為多少？
（4）穿出電場(chǎng)是的速度V為多少？

Answer 1

分析：（1）粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，若打在極板上，沿電場(chǎng)方向的分運(yùn)動(dòng)決定其運(yùn)動(dòng)時(shí)間，若穿出電場(chǎng)，則有沿極板方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)計(jì)算時(shí)間
（2粒子在電場(chǎng)中僅受電場(chǎng)力作用，由牛頓第二定律得計(jì)算其加速度
（3）由豎直方向的分運(yùn)動(dòng)為勻加速直線運(yùn)動(dòng)，求解分位移
（4）穿出電場(chǎng)的速度是合速度，有平行四邊形定則求解

解答：解：（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為：
E=

U

d

①
帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速度為：
a=

Eq

m

②
假設(shè)粒子能穿出電場(chǎng)，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：
t=

L

V0

=

10×10-2

2

s=5×10^-2s③
此時(shí)間內(nèi)粒子沿電場(chǎng)方向的加速的位移為：
s=

1

2

at²④
由①②③④得，s=10^-2m=

d

2

故粒子恰好穿出磁場(chǎng)，原假設(shè)正確
（2）由①②式得，a=

Uq

dm

=

800×1×10-9

2×10-2×5×10-6

m/s²=8m/s²
（3）由（1）解析可知粒子恰好穿出電場(chǎng)，故粒子沿豎直方向的位移為1×10^-2m
（4）粒子沿豎直方向的分速度：v₁=at=8×5×10^-2m/s=0.4m/s
故穿出電場(chǎng)后的速度大小為v=

v 2 1 +v 2 0

=

22+(0.4)2

m/s=2.04m/s
答：（1）粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為5×10^-2s
（2）粒子在電場(chǎng)時(shí)的加速度為8m/s²
（3）粒子出電場(chǎng)沿豎直方向的位移為1×10^-2m
（4）穿出電場(chǎng)的速度為2.04m/s

點(diǎn)評(píng)：帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是考察的熱點(diǎn)，關(guān)鍵是做好受力分析，明確粒子的運(yùn)動(dòng)情景，然后運(yùn)用分解的觀點(diǎn)或動(dòng)能定理等逐步求解