Question

如圖（1）中A和B是真空中的兩塊面積很大的平行金屬板，加上周期為T的交流電壓，在兩板間產(chǎn)生交變的勻強(qiáng)電場．已知B板電勢為零，A板電勢φ_A隨時間t變化的規(guī)律如圖（2）所示，其中φ_A的最大值為φ，最小值為-2φ．兩板間距為d，在兩板之間的中點(diǎn)P處，不斷地產(chǎn)生電荷為q、質(zhì)量為m的帶負(fù)電粒子（不計重力），這種粒子產(chǎn)生后，從靜止出發(fā)在電場力的作用下運(yùn)動．設(shè)粒子一旦碰到金屬板，它就附著在板上不再運(yùn)動，且其電荷量同時消失，不影響A、B板的電勢．已知上述的T、φ、d、q和m等各量的值正好滿足d²=，設(shè)求在t=0到的這段時間內(nèi)產(chǎn)生的粒子中哪一段時間內(nèi)的粒子可打在A板上？

Answer 1

【答案】分析：帶電粒子在兩板之間電壓Uab按圖所示規(guī)律變化的電場中受到電場力作用，從而做勻變速運(yùn)動．
解答：解：設(shè)在t=0到t=這段時間內(nèi)的t₁時刻產(chǎn)生的微粒剛好不能到達(dá)A板，此微粒到達(dá)A板時的速度剛好為零．
在t=0到t=這段時間內(nèi)微粒的加速度大小為a₁=．在-T時間內(nèi)微粒的加速度大小為a₂=2．
設(shè)微粒勻加速和勻減速運(yùn)動所用的時間分別為t₂和t₃．根據(jù)速度關(guān)系得到：a₁t₂=a₂t₃．
又=+
d²=，
聯(lián)立解得，，
所以在t=0到的這段時間內(nèi)產(chǎn)生的粒子中在0到T時間內(nèi)產(chǎn)生的粒子可打在A板上．
點(diǎn)評：本題中粒子周期性變化的電場中運(yùn)動，加速、減速交替，導(dǎo)致分析運(yùn)動較復(fù)雜，考查分析復(fù)雜問題的能力．