解题思路:(1)当A、B间电压UAB=1.0×103V时,微粒恰好不发生偏转,则知微粒做匀速直线运动,重力与电场力平衡,即可分析微粒的电性,由平衡条件求出电量.(2)研究临界情况:微粒刚好从B板右端和A板右端射出时的情况.微粒在水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为0的匀加速运动,由运动学公式求出加速度,由牛顿第二定律求出A板的电势.
(1)板间场强为 E=
U
d=
1.0×103
4×10−2=2.5×104V/m
根据题意,当A、B间电压UAB=1.0×103V时,微粒恰好不发生偏转,则知微粒做匀速直线运动,重力与电场力平衡,可知该微粒带负电,有
qE=mg
得 q=
mg
E=
5×10−6×10
2.5×104=2.0×10−9C
(2)若微粒刚好从B板右端射出时
运动时间 t=
L
v0
竖直位移[d/2=
1
2a1t2
解得加速度 a1=16m/s2
设A板电势为φ1时,由加速度a1=
mg−q
φ1
d
m]得到 a1=g-
qφ1
md
解得φ1=-600V
微粒刚好从A板右端射出时,设A板电势为φ2,同理有
运动时间 t=
L
v0
竖直位移[d/2=
1
2a2t2
解得 a2=16m/s2
而a2=
qφ2
md]-g,解得 φ2=2600V
则要使微粒从两板间飞出,A板的电势φ的取值为:-600V≤φ≤2600V
答:(1)该微粒的电性是负电荷,电荷量为2×10-9C.
(2)令B板接地,要使该微粒能穿过电场,A板的电势为-600V≤φ≤2600V.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;牛顿第二定律;电场强度.
考点点评: 本题第1问是匀速直线运动,属于力平衡问题;第2问是类平抛运动,难点是分析隐含的临界情况,运用运动的分解法求解电势的范围.