如图所示,沿水平方向放置一条平直光滑槽,它垂直穿过开有小孔的两平行薄板,板相距3.5L.槽内有两个质量均为m的小球A和B,A球带电量为+q,B球带电量为-3q,两球由长为2L的轻

◎ 题目

如图所示,沿水平方向放置一条平直光滑槽,它垂直穿过开有小孔的两平行薄板,板相距3.5L.槽内有两个质量均为m的小球AB, A球带电量为+qB球带电量为-3q,两球由长为2L的轻杆相连,组成一带电系统.最初AB分别静止于左板的两侧,离板的距离均为L.若视小球为质点,不计轻杆的质量,现在两板之间加上与槽平行场强为E的向右的匀强电场后(设槽和轻杆由特殊绝缘材料制成,不影响电场的分布),带电系统开始运动.试求:

小题1:从开始运动到B球刚进入电场时,带电系统电势能的改变量△ε;
小题2:以右板电势为零,带电系统从运动到速度第一次为零时A球所在位置的电势φ为多大;
小题3:带电系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间.

◎ 答案


小题1:
小题2:
小题3:

◎ 解析

樊守青对带电系统进行分析,假设球A能达到右极板,电场力对系统做功为W1,有:。由此可见,球A不仅能达到右极板,而且还能穿过小孔,离开右极板。
假设球B能达到右极板,电场力对系统做功为W2,有:
由此可见,球B不能达到右极板。综上所述,带电系统速度第一次为零时,球A、B应分别在右极板两侧。
(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,根据牛顿第二定律

代入数据,解得:
球B进行电场后,带电系统的加速度为a2,根据牛顿第二定律:

带电系统做匀减速运动。设球A刚达到右极板时的速度为v2,减速所用时间为t2,则有:


求得:
设球A从离开电场到静止时所需要时间为t3,运动位移为x,则有:


求得:
所以带电系统从静止到速度第一次为零所需要的时间为

球A相对右板的位置为

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,沿水平方向放置一条平直光滑槽,它垂直穿过开有小孔的两平行薄板,板相距3.5L.槽内有两个质量均为m的小球A和B,A球带电量为+q,B球带电量为-3q,两球由长为2L的轻…”主要考查了你对  【带电粒子在电场中的加速】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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