Question

【題目】如圖(甲)所示，一對間距為d的水平放置的平行金屬板A、B，兩板的中央各有一小孔O1、O2，在a、b兩端加上如圖(乙)所示的電壓，同時在c、d兩端加上如圖(丙)所示的電壓。當t＝0時，開關S接1處，此時，一質量為m帶電量為-q的帶負電微粒P恰好靜止于兩孔連線的中點處(P、O1、O2在同一豎直線上)。重力加速度為g，兩金屬板外的電場及空氣阻力不計。

（1）U0應為多大？

（2）若在時刻將開關S從1瞬間扳至2，微粒P可以恰好運動至O1點，則周期T為多少？

（3）若在到t＝T之間的某個時刻，把開關S從1瞬間扳至2，可使微粒P以最大的動能從A板中央的O1小孔射出，則周期至少為多少？以及微粒P再次回到O1時為哪一時刻？

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）

【解析】

(1)微粒恰好靜止，根據平衡條件有：

解得：

(2)從1扳至2后電壓變為2U0，根據牛頓第二定律：– mg = ma

聯立可得：

a=g

根據位移時間公式：

解得：

(3)為使微粒獲最大動能從O1射出，應使微粒從B板向上加速。設向下加速時間t1，向下減速時間t2，則有：gt1=gt2

位移關系為：

解得：

設電壓最小周期為T0，向上加速：

解得：

微粒離開O1后做豎直上拋運動，由對稱性可知：在板外時間

再次回到O1時刻為：