Question

【題目】如圖所示，兩平行金屬板水平放置，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電。一個(gè)質(zhì)子從A點(diǎn)水平飛入兩板之間，并從B點(diǎn)飛出。已知板間電壓為U，板間距離為d，極板長(zhǎng)度為L，質(zhì)子帶電量為e，質(zhì)量為m，水平初速度為v0，重力忽略不計(jì)。求：

（1）質(zhì)子在兩板間運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a的大小。

（2）質(zhì)子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的動(dòng)量變化量的大小。

（3）將上、下極板分別接在電壓可調(diào)的直流電源的正負(fù)極上，固定下極板，上極板可上下移動(dòng)。保持極板長(zhǎng)度L不變的情況下，增大水平初速度v0的大小，要使質(zhì)子從A點(diǎn)水平飛入后、仍從B點(diǎn)飛出，可以采取哪些可行性措施。

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）見(jiàn)解析；

【解析】

（1）質(zhì)子在兩板間只受電場(chǎng)力作用，根據(jù)牛頓第二定律可求加速度；

（2）根據(jù)質(zhì)子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)可求運(yùn)動(dòng)時(shí)間，根據(jù)動(dòng)量定理，可求物體動(dòng)量的變化量；

（3）要使質(zhì)子從A點(diǎn)水平飛入后、仍從B點(diǎn)飛出，即質(zhì)子在兩板之間運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)距離y不變。根據(jù)牛頓第二定律和位移時(shí)間關(guān)系求出位移的表達(dá)式，即可分析。

（1）質(zhì)子在兩板間只受電場(chǎng)力作用，根據(jù)牛頓第二定律：

聯(lián)立得：

（2）設(shè)質(zhì)子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t。質(zhì)子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)：L = v0t

根據(jù)動(dòng)量定理，物體動(dòng)量的變化等于合外力的沖量。質(zhì)子在兩板間運(yùn)動(dòng)，所受的合外力為兩板間電場(chǎng)施加的電場(chǎng)力，因此動(dòng)量變化量的大�。�

聯(lián)立得：

（3）設(shè)質(zhì)子在兩板之間運(yùn)動(dòng)時(shí)垂直于板面方向的偏轉(zhuǎn)距離為y。質(zhì)子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：

質(zhì)子在豎直方向上做勻加速運(yùn)動(dòng)：

將t和a代入，得：=

要使質(zhì)子從A點(diǎn)水平飛入后、仍從B點(diǎn)飛出，即質(zhì)子在兩板之間運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)距離y不變。

根據(jù)=，保持極板長(zhǎng)度L不變的情況下，增大水平初速度v0的大小，要使y不變，可以使d不變，增大兩極板間的電壓U；或者使U不變，減小兩板之間的距離d。