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如图甲所示,A、B是一对平行放置的金属板,中心各有一个小孔P、Q,PQ连线垂直金...

如图甲所示,A、B是一对平行放置的金属板,中心各有一个小孔P、Q,PQ连线垂直金属板,两板间距为d.现从P点处连续不断地有质量为 m、带电量为+q的带电粒子(重力不计),沿PQ方向放出,粒子的初速度可忽略不计.在t=0时刻开始在A、B间加上如图乙所示交变电压(A板电势高于B板电势时,电压为正),其电压大小为U、周期为T.带电粒子在A、B间运动过程中,粒子间相互作用力可忽略不计.
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(1)如果只有在每个周期的0~manfen5.com 满分网时间内放出的带电粒子才能从小孔Q中射出,则上述物理量之间应满足怎样的关系.
(2)如果各物理量满足(1)中的关系,求每个周期内从小孔Q中有粒子射出的时间与周期T的比值.
(1)通过分析每个周期内带电粒子的运动情况,确定只有在每个周期的0~时间内放出的带电粒子才能从小孔Q中射出时应满足的条件,根据牛顿第二定律和运动学公式求解各物理量之间应满足的关系. (2)t=0时刻进入电场的粒子在电场中运动的时间为最短,由运动学公式求出最短时间. 【解析】 (1)在0时间内,进入A、B板间的粒子,在电场力的作用下,先向右做匀加速运动,在时间内再向右做匀减速运动,且在0时间内,越迟进入A、B板间的粒子,其加速过程越短,减速运动过程也相应地缩短,当速度为零后,粒子会反向向左加速运动.由题意可知0时间内放出的粒子进入A、B板间,均能从Q孔射出,也就是说在时刻进入A、B板间的粒子是能射出Q孔的临界状态. 粒子在时刻进入A、B间电场时,先加速,后减速,由于粒子刚好离开电场,说明它离开电场的速度为零,由于加速和减速的对称性,故粒子的总位移为加速时位移的2倍,所以有    即   ① (2)若情形(1)中的关系式①成立,则t=0时刻进入电场的粒子在电场中运动的时间为最短(因只有加速过程),设最短时间为tx,则有    ② 在时刻进入电场的粒子在的时刻射出电场,所以有粒子飞出电场的时间为  ③ 由②③式得  ④ 答: (1)各物理量之间应满足的关系是即. (2)每个周期内从小孔Q中有粒子射出的时间与周期T的比值是.
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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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