Question

（6分）如图所示，两平行金属板A、B长8cm，两板间距离d＝8cm，A板比B板电势高300V，一带正电的粒子电荷量q＝10^-10C，质量m＝10^-20kg，不计粒子的重力作用，沿电场中心线RO垂直电场线飞入电场，初速度υ₀＝2×10⁶m/s，粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后，进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域，（设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响），已知两界面MN、PS相距为12cm，D是中心线RO与界面PS的交点，O点在中心线上，距离界面PS为9cm，粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上．（静电力常数k = 9.0×10⁹N·m²/C²）

（1）求粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离多远？到达PS界面时离D点多远？

（2）在图上粗略画出粒子运动的轨迹．

（3）确定点电荷Q的电性并求其电荷量的大小．

Answer

（1）0.03m 0.12m （2）

（3）

【解析】

试题分析：（1）带电粒子垂直进入匀强电场后，只受电场力，做类平抛运动，在MN、PS间的无电场区域做匀速直线运动，界面PS右边做圆周运动，最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上（如图），粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离，代入数据，可解得：y=0.03m

带电粒子离开电场时的速度及穿过PS进入点电荷电场的速度：

此时的速度方向与水平方向成θ，

带电粒子离开电场时将做匀速直线运动打在PS上的a点（如图）

则a点离中心的距离为y,则

整理即：

（2）粒子运动的轨迹如图所示

（3）a点与点电荷所在位置的连线与PS的夹角为β，则 ，带电粒子进入点电荷的电场时，速度与点电荷对粒子的库仑力垂直，由题的描述：粒子穿过界面PS最后垂直打在与A板在同一水平线上的荧光屏bc上，由此可以做出判断：该带电粒子在穿过界面PS后将绕点电荷Q作匀速圆周运动。带正电的粒子必定受到Q的吸引力，所以Q带负电。

半径

由库仑定律和匀速周运动规律得：

得：

考点：带电粒子在匀强电场中的运动