带电粒子在电磁场中的运动经典例题如图 1 所示,真空中相距 d=5cm 的两块平行金属板 A、B 与电源连接(图中未画出),其中 B 板接地(电势为零)
A 板电势变化的规律如图 2 所示
将一个质量m=2
0×10-27kg,电量 q=+1
6×10-19C 的带电粒子从紧临 B 板处释放,不计重力
求:(1)在 t=0 时刻释放该带电粒子,释放瞬间粒子加速度的大小;(2)若 A 板电势变化周期 T=1
0×10-5s,在 t=0 时将带电粒子从紧临 B 板处无初速释放,粒子到达 A 板时速度的大小;(3)A 板电势变化周期多大时,在 t=T/4 时刻从紧临 B 板处无初速释放该带电粒子,粒子恰能到达 A 板
分析与解答:(1)电场强度E=Ud,带电粒子所受电场力F=qE=Uqd ,F=ma,解得a=Uqdm=4
0×109m/s2;(2)粒子在0 T2 时间内走过的距离为12 a( T2 )2=5
0×10−2m故带电粒子在t=T2时,恰好到达 A 板,根据动量定理,此时粒子动量p=Ft=4
0×10−23kg⋅m/s,又P=mv,解得v=2
0×104m/ s;(3)带电粒子在T4T2向 A 板做匀加速运动,在 T23T4向 A 板做匀减速运动,速度减为零后将返回.粒子向 A 板运动可能的最大位移s=2× 12 a( T4 )2= 116 aT2要求粒子恰能到达 A 板,有s=d,可得T=❑√5
0×10−2×164
0×109=❑√2×10−5s.变式 1 如图甲所示,电荷量为 q=1×10-4C 的带正电的小物块置于粗糙绝缘水平面上,所在空间存在方向沿水平向右的电场,电场强度 E 的大小与时间的关系如图乙所示,物块运动速度与时间 t 的关系如图丙所示,取重力加速度 g=10m/s2
求:(1)物块所受的摩擦力大小和 0~1 秒内的加速度大小
(2)物块的质量