Question

在场强为E=0.2N/C的竖直向下匀强电场中有一块水平放置的接地金属板，在金属板的正上方放置一块厚铅板A，A的下方中心处离地高为h=0.45m处有一个很小的放射源，它可向各个方向均匀地释放质量为m=2×10^-23kg、电量为q=+10^-17C、初速度为v=1000m/s的带电粒子．粒子重力不计，粒子最后落在金属板上．试求：
（1）粒子下落过程中电场力做的功．
（2）粒子打在板上时的动能．
（3）粒子到达金属板所需的最长时间．
（4）粒子最后落在金属板上所形成的图形及面积的大小．

Answer

（1）由W=Eqd可求得粒子下落过程中电场力所做的功；
（2）根据动能定理求解粒子打在板上时的动能．
（3）粒子水平出射时，到达金属板的时间最长，由F=Eq可求得电场力，由牛顿第二定律可求得粒子下降的加速度，则由位移公式可求得粒子到达金属板的时间．
（4）水平抛出的粒子到达的水平距离最远，则由带电粒子的类平抛运动的规律可得出图形及面积．
【解析】
（1）电场对所有粒子做功一样多，即W=Eqh=0.2×10-17×0.45=9×10-19 J
（2）根据动能定理得：W=Ek-
得粒子打在板上时的动能为 Ek=W+=9×10-19 J+×2×10-23×10002J=1.09×10-17J
（3）水平抛出的粒子由于没有竖直分速度，到达金属板时的时间最长，由牛顿第二定律可知：
  a==105 m/s2
由h=at2解得：t==3×10-3 s；
（3）由题意可知各方向沿水平方向射出的粒子到达最远距离，故在金属板上形成圆形；
由r=vt可知；半径为：r=1000m/s×3×10-3 s=3m；
面积的大小为 S=πr2=9πm2
答：
（1）电场力做功为9×10-19 J 
（2）粒子打在板上时的动能为1.09×10-17J．
（3）粒子运动的最长时间为3×10-3 s；
（4）粒子形成圆形，半径为3m；面积为9πm2