如图,板间距为d、板长为4d的水平金属板A和B上下正对放置,并接在电源上.现有一质量为m、带电量+q的质点沿两板中心线以某一速度水平射入,当两板间电压U=U0,且A接负时,该质

◎ 题目

如图,板间距为d、板长为4d的水平金属板A和B上下正对放置,并接在电源上.现有一质量为m、带电量+q的质点沿两板中心线以某一速度水平射入,当两板间电压U=U0,且A接负时,该质点就沿两板中心线射出;A接正时,该质点就射到B板距左端为d的C处.取重力加速度为g,不计空气阻力.
(1)求质点射入两板时的速度;
(2)当A接负时,为使带电质点能够从两板间射出,求:两板所加恒定电压U的范围.
魔方格

◎ 答案

(1)当两板加上U0电压且A板为负时,有:
  q
U0
d
=mg
…①
A板为正时,设带电质点射入两极板时的速度为v0,向下运动的加速度为a,经时间t射到C点,有:
 
qU0
d
+mg=ma…②
又水平方向有  d=v0t…③
 竖直方向有
d
2
=
1
2
at2
…④
由①②③④得:v0=

2gd
…⑤
(2)要使带电质点恰好能从两板射出,设它在竖直方向运动的加速度为a1、时间为t1,应有:
 
d
2
=
1
2
a1
t21
…⑥
  t1=
4d
v0
…⑦
由⑥⑦⑧得:a1=
g
8
…⑧
若a1的方向向上,设两板所加恒定电压为U1,有:
 
qU1
d
-mg=ma1
…⑨
若a1的方向向下,设两板所加恒定电压为U2,有:
  mg-
qU2
d
=ma1…⑩
⑧⑨⑩解得:U1=
9
8
U0
,U2=
7
8
U0

所以,所加恒定电压范围为:
9
8
U0
>U>
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