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如图所示,在在Oxy平面内存在I、II、III、IV、V五个特殊的电场区域,即在...

如图所示,在在Oxy平面内存在I、II、III、IV、V五个特殊的电场区域,即在x≤-5l区域I和x≥5l区域V存在两个场强大小均为E的匀强电场,方向分别为水平向左和水平向右,在-5l<x≤-l区域II和5l>x≥l区域IV存在两个场强大小均为E、方向竖直向上的匀强电场,在-l<x<l区域III的坐标原点固定一正点电荷Q,各区域内的电场互不影响,各自独立.现有带负电的粒子从区域I中的点A(-7l,l)由静止释放,经过I、II、III、IV、V五个特殊的电场区域能返回出发点A,且经过区域III时做匀速圆周运动.已知粒子的比荷manfen5.com 满分网(不计粒子的重力).manfen5.com 满分网
(1)粒子到达区域II的右边界的速度.
(2)点电荷Q的电荷量.
(3)粒子由静止释放运动到第一次回到初始位置的时间.
(1)粒子在电场I中做匀加速直线运动,只有电场力做功qE•2l,根据动能定理求出粒子到达区域II的左边界时的速度.粒子在电场II中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,由水平位移4l求出运动时间.竖直方向做匀加速直线运动,由运动学公式求出竖直方向的分速度,再合成求出粒子到达区域II的右边界的速度. (2)由运动学公式求出粒子在电场II中做类平抛运动竖直方向的位移y,确定出粒子进入Ⅲ时的位置和在Ⅲ中圆周运动的半径.在区域Ⅲ中,由库仑力提供向心力,由牛顿第二定律求解电荷量. (3)根据运动学公式求出粒子在电场Ⅰ中运动的时间.粒子在区域Ⅲ中做匀速圆周运动的时间为,由线速度和半径求出周期.由于对称性,粒子在区域Ⅳ与Ⅱ中运动时间相同,在区域Ⅴ与区域Ⅰ中运动时间相同,再求解总时间. 【解析】 (1)粒子在电场I中做匀加速直线运动,出区域I时的为v,由动能定理得             ,则 此后在电场II中做类平抛运动,则 水平方向:4l=vt2    竖直方向:  所以粒子到达区域Ⅱ的右边界的速度  速度与x轴正方向的夹角 (2)电场II中做类平抛运动竖直方向的位移    粒子从(-l,-l)位置进入区域Ⅲ中,在区域Ⅲ中做匀速圆周运动,则轨道半径 由   解得 (3)粒子在电场I中做匀加速直线运动的时间 粒子在区域Ⅲ中做匀速圆周运动的时间 粒子穿越区域IV的时间与穿越区域II的时间相同,进入区域V先减速为0,再加速返回,则返回的总时间 答:(1)粒子到达区域Ⅱ的右边界的速度是,速度与x轴正方向的夹角为45°.     (2)点电荷Q的电荷量.     (3)粒子由静止释放运动到第一次回到初始位置的时间+.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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