Question

【題目】如圖中所示B為電源，電動勢E=27V，內(nèi)阻不計。固定電阻R1=500Ω，R2為光敏電阻。C為平行板電容器，虛線到兩極板距離相等，極板長l1=8.0×10-2m，兩極板的間距d=1.0×10-2m。S為屏，與極板垂直，到極板的距離l2=0.16m。P為一圓盤，由形狀相同、透光率不同的三個扇形a、b和c構(gòu)成，它可繞AA/軸轉(zhuǎn)動。當細光束通過扇形a、b、c照射光敏電阻R2時，R2的阻值分別為1000Ω、2000Ω、4500Ω。有一細電子束沿圖中虛線以速度v0=8.0×106m/s連續(xù)不斷地射入C。已知電子電量e=1.6×10-19C，電子質(zhì)量m=9×10-31kg。忽略細光束的寬度、電容器的充電放電時間及電子所受的重力。假設照在R2上的光強發(fā)生變化時R2阻值立即有相應的改變。

（1）設圓盤不轉(zhuǎn)動，細光束通過b照射到R2上，求平行板電容器兩端電壓U1（計算結(jié)果保留二位有效數(shù)字）。

（2）設圓盤不轉(zhuǎn)動，細光束通過b照射到R2上，求電子到達屏S上時，它離O點的距離y。（計算結(jié)果保留二位有效數(shù)字）。

（3）轉(zhuǎn)盤按圖中箭頭方向勻速轉(zhuǎn)動，每3秒轉(zhuǎn)一圈。取光束照在a、b分界處時t=0，試在圖中給出的坐標紙上，畫出電子到達屏S上時，它離O點的距離y隨時間t的變化圖線（0~6s間）。要求在y軸上標出圖線最高點與最低點的值。（不要求寫出計算過程，只按畫出的圖線就給分）

Answer 1

【答案】(1) 5.4V (2)

(3)

【解析】

由題意可知綜合考查閉合電路歐姆定律、牛頓第二定律和類平拋運動，根據(jù)歐姆定律、類平拋運動及運動學公式計算可得。

解：(1) 設電容器C兩極板間的電壓為U1，

U1=E=

(2) 設電場強度大小為E′

E′=，

電子在極板間穿行時加速度大小為a，穿過C的時間為t，偏轉(zhuǎn)的距離為yo ．

根據(jù)牛頓第二定律得：

a=

電子做類平拋運動，則有：

l1=v0t，

yo=at2，

聯(lián)立得：

yo=（），

當光束穿過b時，R2=2000Ω，代入數(shù)據(jù)解得:

yo=4.8×10-3m

由此可見，

y1＜d，

電子通過電容器C，做勻速直線運動，打在熒光屏上O上方y處．根據(jù)三角形相似關(guān)系可得

代入數(shù)值可得:

y=

(3) 當光束穿過a時，R2=1000Ω，代入數(shù)據(jù)解得

y=8×10-3m

由此可見，y＞d，電子不能通過電容器C。當光束穿過C時，R2=4500 同理可求得:

y=