| 牛顿第二定律的两类基本问题 题目答案及解析

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必修1

第四章 牛顿运动定律

4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)

牛顿第二定律的两类基本问题

如图甲所示,$A$$B$两极板与交变电源相连,交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示,$A$ 板的电势为$0$,质量为$m$,电荷量为$-q$的电子仅在电场力作用下,在 $t=\dfrac{T}{4}$时刻从 $A$ 板的小孔处由静止释放进入两极板间运动,恰好能到达$B$板,则$(\qquad)$

["

电子在两极板间的最大速度为 $\\sqrt{\\dfrac{2qU_{0}}{m}}$

","

两极板间的距离为 $\\sqrt{\\dfrac{qU_{0}T^{2}}{16m}}$

","

若将$B$ 极板向上移动少许,则电子到达 $B$ 板时速度大于$0$

","

若电子在$t=\\dfrac{T}{8}$时刻进入两极板,它将一直加速向$B$极板运动,最终到达$B$极板

"]
[["BD"]]

$\rm AB$.电子在$\dfrac{T}{4}$时刻由静止释放进入两极板间运动,前$\dfrac{T}{4}$先匀加速后再匀减速$\dfrac{T}{4}$,在$\dfrac{3T}{4}$时刻恰好到达$B$ 板,设两极板间距为$d$,由牛顿第二定律得到$a=\dfrac{qU_{0}}{md}$$d=2 \times \dfrac{1}{2}a{\left(\dfrac{T}{4}\right)}^{2}$

解得两极板间距为$d=\sqrt{\dfrac{qU_{0}T^{2}}{16m}}$

由题意可知,运动$\dfrac{T}{4}$后,电场反向,此时,速度达到最大值,由运动学可知,最大速度为$v_{\text{m}}=a \cdot \dfrac{T}{4}=\sqrt{\dfrac{qU_{0}}{m}}$

$\rm A$错误,$\rm B$正确;

$\rm C$.若将$B$ 极板向上移动少许,极板间电场强度$E=\dfrac{U_{0}}{d}$不变,电子受力不变,板间距不变,故电子的运动状态不变,仍是$\dfrac{T}{4}\sim\dfrac{T}{2}$时间内做匀加速直线运动,$\dfrac{T}{2}\sim\dfrac{3T}{4}$时间内继续向右做匀减速直线运动,恰好到达$B$ 极板,$\rm C$错误;

$\rm D$.若电子在$\dfrac{T}{8}$时刻进入两极板,则在$\dfrac{T}{8}\sim\dfrac{T}{2}$时间内电子做匀加速直线运动,由运动学知识可知位移为$x=\dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{qU_{0}}{md} \cdot {\left(\dfrac{3}{8}T\right)}^{2}=\dfrac{9}{8}d \gt d$

说明电子会一直向$B$板加速运动并打在$B$板上,不会向$A$板运动,$\rm D$正确。

故选:$\rm BD$

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