(2009?諸城市模擬)如圖所示的裝置,在加速電場(chǎng)U1內(nèi)放置一根塑料管AB(AB由特殊絕緣材料制成,不會(huì)影響電場(chǎng)的分布),緊靠其右側(cè)的是兩塊彼此平行的水平金屬板,板長(zhǎng)為L(zhǎng),兩板間距離為d.一個(gè)帶負(fù)電荷的小球,恰好能沿光滑管壁運(yùn)動(dòng).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(dāng)上板為正時(shí),小球恰好能沿兩板中心線射出;當(dāng)下板為正時(shí),小球射到下板上距板的左端
L4
處,求:
(1)U1:U2;
(2)若始終保持上板帶正電,為使經(jīng)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(qǐng)用U2表示)
分析:(1)當(dāng)上極板為正時(shí),電場(chǎng)力和重力平衡,根據(jù)平衡求出所加的電壓大。(dāng)下極板為正時(shí),小球做類平拋運(yùn)動(dòng),結(jié)合水平方向和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,以及在加速電場(chǎng)中運(yùn)用動(dòng)能定理,求出加速電壓的大小,從而求出兩個(gè)電壓的比值.
(2)抓住小球在上級(jí)板邊緣和下極板邊緣射出這兩個(gè)臨界情況,結(jié)合牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出兩水平金屬板所加電壓U的范圍.
解答:解:(1)設(shè)粒子被加速后的速度為v0,當(dāng)兩板間加上電壓U2
如上板為正時(shí),
U2q
d
=mg,U2=
mgd
q

如下板為正時(shí),a=
mg+
U2q
d
m
=2g
1
2
d
=
1
2
?2g(
L
4v0
2
qU1=
1
2
mv02
解得
U1
U2
=
L2
16d2

(2)當(dāng)上板加最大電壓Um時(shí),粒子斜向上偏轉(zhuǎn)剛好穿出:
t=
L
v0

Umq
d
-mg=ma1

d
2
=
1
2
a1t2

得Um=
9
8
U2

若上板加上最小正電壓Un時(shí),粒子向下偏轉(zhuǎn)恰穿出:mg-
Unq
d
=ma2

d
2
=
1
2
a2t2

得Un=
7
8
U2

電壓的范圍為:
7
8
U2<U<
9
8
U2

答:(1)U1:U2=
L2
16d2

(2)兩水平金屬板所加電壓U的范圍是
7
8
U2<U<
9
8
U2
點(diǎn)評(píng):解決本題的關(guān)鍵理清小球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,結(jié)合牛頓第二定律、動(dòng)能定理和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行求解.
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Q 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
S 0.00 0.05 0.20 0.45 0.80 1.25
(1)上表中Q表示的物理量是
水平位移
水平位移
;S 表示的物理量是
豎直位移
豎直位移

(2)若上表中Q和S 用的都是國(guó)際單位制中的單位,則平拋物體的水平速度為
1.0m/s
1.0m/s

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(1)物體與BC軌道的滑動(dòng)摩擦系數(shù).
(2)物體第5次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度.(結(jié)果用根式表示)
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