Question

（16分）制備納米薄膜裝置的工作電極可簡化為真空中間距為的兩平行極板，如圖甲所示，加在極板A、B間的電壓作周期性變化，其正向電壓為，反向電壓為，

電壓變化的周期為2r，如圖乙所示.在t=0時，極板B附近的一個電子，質(zhì)量為m、電荷量為e，受電場作用由靜止開始運(yùn)動.若整個運(yùn)動過程中，電子未碰到極板A，且不考慮重力作用.

（1）若，電子在0—2r時間內(nèi)不能到達(dá)極板，求應(yīng)滿足的條件；

（2）若電子在時間內(nèi)未碰到極板B，求此運(yùn)動過程中電子速度隨時間t變化的關(guān)系；

（3）若電子在第個周期內(nèi)的位移為零，求k的值。

 

Answer 1

（1）

（2）

（3）

解析:本題考查帶電粒子在電場中的運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，屬于變力多過程問題，解題的關(guān)鍵是找到相似點(diǎn)，進(jìn)行類比計算；同時要兼顧整個過程的重復(fù)性，把復(fù)雜多變的過程分解為許多常見的簡單過程進(jìn)行計算。

（1）電子在0～時間內(nèi)做勻加速運(yùn)動

加速度的大小                                             ①

位移                                                    ②

在時間內(nèi)先做勻減速運(yùn)動，后反向做勻加速運(yùn)動

加速度的大小                                            ③

初速度的大小                                               ④

勻減速運(yùn)動階段的位移                                       ⑤

依據(jù)題意        解得                       ⑥

（2）在時間內(nèi)

速度增量                                                  ⑦

在時間內(nèi)

加速度的大小    

速度增量                                                ⑧

（a）當(dāng)時

電子的運(yùn)動速度                          ⑨

解得                     ⑩

（b）當(dāng)時

電子的運(yùn)動速度               ⑾

解得                ⑿

（3）電子在時間內(nèi)的位移 

電子在時間內(nèi)的位移 

由⑩式可知     

由⑿式可知 

依據(jù)題意  

解得