Question

如圖22（a）所示，A、B為水平放置的平行金屬板，板間距離為d="5cm" ( d遠(yuǎn)小于板的長(zhǎng)和寬）。在兩板之間有一帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)P。己知若在A、B間加電壓U₀，則質(zhì)點(diǎn)P可以靜止平衡。
現(xiàn)在A、B間加上如圖（b）所示隨時(shí)間t變化的電壓U，在t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)P位于A、B間的中點(diǎn)處且初速度為零。已知質(zhì)點(diǎn)P能在A、B之間以最大的幅度上下運(yùn)動(dòng)而又不與兩板相碰，圖（b）中U改變的各時(shí)刻為t_l、t₂、t₃及t_n。己知質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始從中點(diǎn)上升到最高點(diǎn)，以后每次從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)或從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過(guò)程中，電壓只改變一次。重力加速度取g=10m/s²。求：
(1) t_l值和t_l 時(shí)刻的速度大��；
(2) t₂值和t₂時(shí)刻的速度大小；
(3) t₃值和t₃時(shí)刻的速度大��；
(4) 在圖（c）中畫(huà)出0~t₃速度圖線。

Answer 1

(1) 5×10^-1m/s(2)  (3) 7.07×10^-1m/s
(4)

（1）電壓為U₀時(shí)粒子平衡，有   （1分）
電壓為2U₀時(shí)，由牛二 得a₁=g   （1分）
電壓為零時(shí)僅受重力，a₂=g          （1分）
所以t₁時(shí)粒子應(yīng)運(yùn)動(dòng)到距A板1/4處，即
   得 t₁=5×10^-2s        （2分）
此時(shí)v₁=gt₁=5×10^-1m/s              （1分）
（2）t₂時(shí)，粒子應(yīng)運(yùn)動(dòng)到兩板間中點(diǎn)處，由對(duì)稱性知，從t₁時(shí)刻到運(yùn)動(dòng)到A板所用時(shí)間必用時(shí)間t₁，設(shè)從A板到兩板中點(diǎn)所用時(shí)間為Δt，有
 得Δt==5×10^-2s
所以 s            （3分）
t₂時(shí)刻速度v₂= m/s        （2分）
（3）同理可知，s     （1分）
速度 v₃=v₂=7.07×10^-1m/s                     （1分）
（4）如圖6所示。 （3分）