(2011?海淀區(qū)模擬)打印機(jī)是辦公的常用工具,噴墨打印機(jī)是其中的一種.如圖是噴墨打印機(jī)的工作原理簡(jiǎn)化圖.其中墨盒可以噴出半徑約為10-5m的墨汁微滴,大量的墨汁微滴經(jīng)過(guò)帶電室時(shí)被帶上負(fù)電荷,成為帶電微粒.墨汁微滴所帶電荷量的多少由計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào)按照文字的排列規(guī)律進(jìn)行控制.帶電后的微滴以一定的初速度進(jìn)入由兩塊平行帶電金屬板形成的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中,微滴經(jīng)過(guò)電場(chǎng)的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)后打在紙面上,顯示出字體.若某種噴墨打印機(jī)的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)極板長(zhǎng)度為l,兩板間的距離為d,偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)極板的右端距紙面的距離為b,某個(gè)帶電微滴的質(zhì)量為m,沿兩板間的中心線以初速度v0進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng).偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)兩極板間電壓為U.該微滴離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度大小為v,不計(jì)微滴受到的重力和空氣阻力影響,忽略電場(chǎng)邊沿處場(chǎng)強(qiáng)的不均勻性.
(1)該該帶電微滴所帶的電荷量q;
(2)該該帶電微滴到達(dá)紙面時(shí)偏離原入射方向的距離y;
(3)在微滴的質(zhì)量和所帶電荷量以及進(jìn)入電場(chǎng)的初速度均一定的條件下,分析決定打印在紙上字體大小的因素有哪些?若要使紙上的字體高度放大,可以采取的措施是什么?
分析:不計(jì)微滴受到的重力和空氣阻力,微滴只受豎直方向的電場(chǎng)力,初速度與電場(chǎng)方向垂直,做類平拋運(yùn)動(dòng),采用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的研究.
解答:解:(1)帶電微滴進(jìn)入電場(chǎng)后,做類平拋運(yùn)動(dòng),離開(kāi)電場(chǎng)時(shí),沿垂直電場(chǎng)方向的速度大小為v0,
           沿電場(chǎng)方向的速度大小為 vy=
v2-
v
2
0
        
     設(shè)帶電微滴在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,根據(jù)牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式
     vy=
qU
md
t
          
     又t=
l
v0
       解得:q=
mdv0
v2-
v
2
0
Ul

(2)帶電微滴離開(kāi)電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)運(yùn)動(dòng)方向與v0方向的夾角為θ,根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),
    tanθ=
vy
v0
=
y
b+
l
2
     
    解得 y=
v2-
v
2
0
v0
(b+
l
2
)
               
(3)由(1)問(wèn)和(2)問(wèn)的結(jié)果可知,微滴到達(dá)紙面上時(shí)偏離原入射方向的距離
    y=
qUl
md
v
2
0
(b+
l
2
)
       
    可見(jiàn),y的數(shù)值越大,即紙面上的字體越大.在m、q以及v0一定的條件下,若要使紙上的字體高度放大,可以增大偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)兩極板間的電壓U、偏轉(zhuǎn)極板的右端距紙面的距離b或偏轉(zhuǎn)極板的長(zhǎng)度l,也可以減小偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)兩極板間的距離.
答:
(1)該該帶電微滴所帶的電荷量為
mdv0
v2-
v
2
0
Ul

(2)該該帶電微滴到達(dá)紙面時(shí)偏離原入射方向的距離y=
v2-
v
2
0
v0
(b+
l
2
)

(3)在微滴的質(zhì)量和所帶電荷量以及進(jìn)入電場(chǎng)的初速度均一定的條件下,決定打印在紙上字體大小的因素有電場(chǎng)兩極板間的電壓U、偏轉(zhuǎn)極板的右端距紙面的距離b或偏轉(zhuǎn)極板的長(zhǎng)度l.要使紙上的字體高度放大,可以采取的措施是增大偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)兩極板間的電壓U、偏轉(zhuǎn)極板的右端距紙面的距離b或偏轉(zhuǎn)極板的長(zhǎng)度l,也可以減小偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)兩極板間的距離.
點(diǎn)評(píng):本題是理論聯(lián)系的問(wèn)題,要善于建立物理模型,簡(jiǎn)化成類平拋運(yùn)動(dòng),用熟知的知識(shí)和方法處理.
練習(xí)冊(cè)系列答案
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(1)若A、B的質(zhì)量均為m,求小車(chē)與墻壁碰撞后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,物塊A所受摩擦力的沖量大小和方向;
(2)若A、B的質(zhì)量比為k,且k<1,求物塊A在小車(chē)B上發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中物塊A對(duì)地的位移大小;
(3)若A、B的質(zhì)量比為k,且k=2,求小車(chē)第一次與墻壁碰撞后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程所經(jīng)歷的總時(shí)間.

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(1)運(yùn)動(dòng)員在斜面上滑行的加速度的大小;
(2)若運(yùn)動(dòng)員不觸及障礙物,他從斜面上起跳后到落至水平面的過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間;
(3)運(yùn)動(dòng)員為了不觸及障礙物,他從A點(diǎn)沿水平方向起跳的最小速度.

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