高中 | 运动的合成与分解 题目答案及解析

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必修2

第五章 曲线运动

5.1 曲线运动

运动的合成与分解

如图所示,$A$$B$两块带异号电荷的平行金属板间形成匀强电场,上下金属极板长度均为$6\;\rm m$,一电子以$v_{0}=4\times10^{6}\;\rm m/s$的速度垂直于场强方向沿中心线由$\theta$点射入电场,从电场右侧边缘$C$点飞出时的速度方向与$v_{0}$方向成$30^\circ $的夹角。已知电子电荷量$e=1.6\times10^{-19}\;\rm C$,电子质量$m=0.91\times10^{-30}\;\rm kg$。求:

电子在$C$点时的动能是多少?

[["

$9.7\\times10^{-18}\\;\\rm J$

"]]

电子在$C$点时的速度$v=\dfrac{v_{0}}{\cos 30{^\circ}}$

电子在$C$点时的动能$E_{\text{k}}=\dfrac{1}{2}mv^{2}=\dfrac{1}{2}m{\left(\dfrac{v_{0}}{\cos 30{^\circ}}\right)}^{2} \approx 9.7 \times 10^{- 18}\;\rm \text{J}$

电子从$O$$C$的过程中在垂直极板方向上的位移?

[["

$1.73\\;\\rm m$

"]]

电子在水平方向做匀速直线运动,运动时间$t=\dfrac{L}{v_{0}}=\dfrac{6}{4 \times 10^{6}}\;\rm \text{s}=1.5 \times 10^{- 6}\;\rm \text{s}$

垂直方向的分速度$v_{y}=v_{0}\tan 30^\circ $,根据$y=\dfrac{1}{2}at^{2}$

$v_{y}=at$,则$y=\dfrac{1}{2}v_{y}t=\dfrac{1}{2}tv_{0}\tan 30{^\circ}$

代入数据得$y=\sqrt{3}\;\rm \text{m} \approx 1.73\;\rm \text{m}$

$O$$C$两点间的电势差大小是多少$V$

[["

$15.125\\;\\rm V$

"]]

根据动能定理$eU_{OC}=\Delta E_{\text{k}}=E_{\text{kC}}-\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$

代入数据得$eU_{OC}=9.7 \times 10^{- 18}-\dfrac{1}{2} \times 0.91 \times 10^{- 30} \times {(4 \times 10^{6})}^{2}\;\rm \text{J}=2.42 \times 10^{- 18}\;\rm \text{J}$

$U_{OC}=\dfrac{2.42 \times 10^{- 18}}{e}\text{V}=15.125\;\rm \text{V}$

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