Question

（12分）如图所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为L、场强为E的匀强电场，在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行的屏．现有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子（重力不计），以垂直于电场线方向的初速度v₀射入电场中，v₀方向的延长线与屏的交点为O．试求：

（1）粒子从射入到打到屏上所用的时间；

（2）粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tanα；

（3）粒子打到屏上的点P到O点的距离s．

Answer

（1）粒子从射入到打到屏上所用的时间；（2）粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值；（3）粒子打到屏上的点P到O点的距离．

【解析】

试题分析：（1）带电粒子垂直射入电场，只受电场力作用而做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速运动，由L=v0t求解时间t．

（2）根据牛顿第二定律求出加速度．研究竖直方向的运动情况，由速度公式vy=at求出粒子刚射出电场时竖直分速度，由求出tanα．

（3）由位移公式求出粒子刚射出电场时偏转的距离y．带电粒子离开电场后做匀速直线运动，偏转的距离Ltanα，两个偏转之和即为粒子打到屏上的点P到O点的距离S．

【解析】
（1）根据题意，粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动，所以粒子从射入到打到屏上所用的时间．

（2）设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为vy，根据牛顿第二定律，粒子在电场中运动的时间：

粒子在电场中的加速度为：

所以：．

所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值为．

（3）设粒子在电场中的偏转距离为y，则

又s=y+Ltan α，解得：．

答：（1）粒子从射入到打到屏上所用的时间；

（2）粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值；

（3）粒子打到屏上的点P到O点的距离．