| 带电粒子在匀强电场中的偏转运动 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选修3-1

第一章 静电场

1.9 带电粒子在电场中的运动

带电粒子在匀强电场中的偏转运动

如图所示,在电场强度为$E$,方向竖直向下的匀强电场中,两个相同的带正电粒子$a$$b$同时从$O$点以初速度$v_{0}$射出,速度方向与水平方向夹角均为$\theta$。已知粒子的质量为$m$。电荷量为$q$,不计重力及粒子间相互作用。求:

$a$运动到最高点的时间$t$

[["

$\\dfrac{mv_{0}\\sin\\theta}{qE}$

"]]

根据题意,不计重力及粒子间相互作用,则竖直方向上,由对$a$球,根据牛顿第二定律有$qE=ma$

$a$运动到最高点的时间,由运动学公式有$v_{0}\sin \theta=at$

联立解得$t=\dfrac{mv_{0}\sin\theta}{qE}$

$a$到达最高点时,$a$$b$间的距离$H$

[["

$\\dfrac{2mv_{0}^{2}\\sin^{2}\\theta}{qE}$

"]]

方法一、根据题意可知,两个小球均在水平方向上做匀速直线运动,且水平方向上的初速度均为$v_{0}\cos \theta$,则两小球一直在同一竖直线上,斜上抛的小球竖直方向上运动的位移为$x_{1}=\dfrac{\left( v_{0}\sin\theta \right)^{2}}{2a}=\dfrac{mv_{0}^{2}\sin^{2}\theta}{2qE}$

斜下抛的小球竖直方向上运动位移为$x_{2}=v_{0}t\sin\theta+\dfrac{1}{2}at^{2}=\dfrac{mv_{0}^{2}\sin^{2}\theta}{qE}+\dfrac{mv_{0}^{2}\sin^{2}\theta}{2qE}$

则小球$a$到达最高点时与小球$b$之间的距离$x=x_{1}+x_{2}=\dfrac{2mv_{0}^{2}\sin^{2}\theta}{qE}$

方法二、两个小球均受到相同电场力,以$a$球为参考系,$b$球以$2v_{0}\sin \theta$的速度向下做匀速直线运动,则$a$到达最高点时,$a$$b$间的距离$H=2v_{0}\sin\theta t=\dfrac{2mv_{0}^{2}\sin^{2}\theta}{qE}$

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