如图所示,要使一质量为m、电量为+q的小球能水平沿直线加速,需要外加一匀强电场.已知平行金属板间距为d,与水平面夹角为θ,要使此小球从A板左端沿直线从静止沿水平方向被加速,恰从B板的右端射出,求两金属板间所加电压U是多少?小球从B板右端射出时的速度是多大?(重力加速度为g)

问题描述:

如图所示,要使一质量为m、电量为+q的小球能水平沿直线加速,需要外加一匀强电场.已知平行金属板间距为d,与水平面夹角为θ,要使此小球从A板左端沿直线从静止沿水平方向被加速,恰从B板的右端射出,求两金属板间所加电压U是多少?小球从B板右端射出时的速度是多大?(重力加速度为g)

对小球进行受力分析,由题意可知合力应水平向右,
故竖直方向上有qEcosθ=mg,即E=

mg
qcosθ

U=Ed=
mgd
qcosθ

由动能定理得qU=
1
2
mv2

v=
2gd
cosθ

故两金属板间所加电压U=
mgd
qcosθ
,小球从B板右端射出时的速度v=
2gd
cosθ

答案解析:小球由静止从水平方向被加速,根据牛顿第二定律得出加速度的方向.根据小球的受力求出电场力的大小,从而得出电场强度的大小,根据U=Ed求出金属板间的电压.根据动能定理求出小球从B板右端射出时的速度.
考试点:动能定理的应用;共点力平衡的条件及其应用;带电粒子在匀强电场中的运动.
知识点:解决本题的关键能够正确地进行受力分析,根据合力的方向得出电场力的大小和方向.以及能够灵活运用动能定理解题.