Question

如圖所示的裝置，在加速電場U₁內放置一根塑料管AB（AB由特殊絕緣材料制成，不會影響電場的分布），緊靠其右側的是兩塊彼此平行的水平金屬板，板長為L，兩板間距離為d．一個帶負電荷的小球，恰好能沿光滑管壁運動．小球由靜止開始加速，離開B端后沿金屬板中心線水平射入兩板中，若給兩水平金屬板加一電壓U₂，當上板為正時，小球恰好能沿兩板中心線射出；當下板為正時，小球射到下板上距板的左端處，求：
（1）U₁：U₂；
（2）若始終保持上板帶正電，為使經U₁加速的小球，沿中心線射入兩金屬板后能夠從兩板之間射出，兩水平金屬板所加電壓U的范圍是多少？（請用U₂表示）

Answer 1

【答案】分析：（1）當上極板為正時，電場力和重力平衡，根據(jù)平衡求出所加的電壓大�。�當下極板為正時，小球做類平拋運動，結合水平方向和豎直方向上的運動規(guī)律，以及在加速電場中運用動能定理，求出加速電壓的大小，從而求出兩個電壓的比值．
（2）抓住小球在上級板邊緣和下極板邊緣射出這兩個臨界情況，結合牛頓第二定律、運動學公式求出兩水平金屬板所加電壓U的范圍．
解答：解：（1）設粒子被加速后的速度為v，當兩板間加上電壓U₂
如上板為正時，=mg，U₂=
如下板為正時，a==2g
=?2g（）²
qU₁=．
解得=
（2）當上板加最大電壓U_m時，粒子斜向上偏轉剛好穿出：
t=

=
得U_m=
若上板加上最小正電壓U_n時，粒子向下偏轉恰穿出：
=
得U_n=
電壓的范圍為：
答：（1）U₁：U₂=．
（2）兩水平金屬板所加電壓U的范圍是．
點評：解決本題的關鍵理清小球的運動規(guī)律，結合牛頓第二定律、動能定理和運動學公式進行求解．