Question

15．如圖所示，水平放置的平行板電容器原來(lái)兩板不帶電，上極板接地，它的極板長(zhǎng)L=0.1m，兩板間距離d=0.4cm．有一束由相同微粒組成的帶電粒子流以相同的初速度從兩板中央平行于極板射入，由于重力作用粒子能落到下極板上．已知粒子質(zhì)量m=2.0×10^-6kg，電荷量q=1.0×10^-8C，電容器電容C=1.0×10^-6F．若第一個(gè)粒子剛好落到下極板中點(diǎn)O處，取g=10m/s²．求：
（1）帶電粒子入射初速度的大�。�
（2）落到下極板上的帶電粒子的總個(gè)數(shù)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)粒子做平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解，并依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，即可求解；
（2）根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合電場(chǎng)力表達(dá)式，與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，即可求解．

解答 解：（1）對(duì)第一個(gè)落到O點(diǎn)的粒子：水平方向$\frac{L}{2}={v_0}t$  ①
豎直方向$\fracbabzytf{2}=\frac{1}{2}g{t^2}$   ②
解得${v_0}=\frac{L}{2}\sqrt{\frac{g}dwyekck}=2.5m/s$
（2）設(shè)以上述速度入射的帶電粒子，最多能有n個(gè)落到下極板上．則第（n+1）個(gè)粒子的加速度為a，
由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得：
mg-qE=ma…③
其中：E=$\frac{U}xngjapn$=$\frac{Q}{Cd}$=$\frac{nq}{Cd}$…④
由③、④得：a=g-$\frac{n{q}^{2}}{Cmd}$…⑤
第（n+1）粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)
x=v₀t=L
$y=\frac{1}{2}a{t}^{2}$
得：y=$\frac{1}{2}$（g-$\frac{n{q}^{2}}{Cmd}$）（$\frac{L}{{v}_{0}}$）²；
第（n+1）粒子不落到極板上，則y≤$\fracehvwrtu{2}$；
得：$\frac{1}{2}（g-\frac{n{q}^{2}}{Cmd}）（\frac{L}{{v}_{0}}）^{2}≤\fracpagbysf{2}$
因此有：n=$\frac{Cmd}{{q}^{2}}（g-\frac{{v}_{0}^{2}}{{L}^{2}}d）$=$\frac{1{0}^{-6}×2×1{0}^{-6}}{（1{0}^{-8}）^{2}}（10-\frac{2．{5}^{2}}{0．{1}^{2}}×0.4×1{0}^{-2}）$×0.4×10^-2=600個(gè)；
答：（1）帶電粒子入射初速度的大小為2.5m/s；
（2）以上述速度入射的帶電粒子，最多能有600個(gè)落到下極板上．

點(diǎn)評(píng) 考查如何處理平拋運(yùn)動(dòng)的思路，掌握運(yùn)動(dòng)的合成與分解的方法，理解運(yùn)動(dòng)學(xué)公式與牛頓第二定律的綜合應(yīng)用．