解题思路:(1)根据加速度与时间的关系,可确定速度与时间的关系,从而由面积等于位移的大小即可求解,并确定其方向;
(2)根据速度与时间的图象,来确定沿初始电场反方向运动的时间.
粒子在0~[T/4]、[T/4]~[T/2]、[T/2]~[3T/4]、[3T/4]~T时间间隔内做匀变速运动,
设加速度分别为a1、a2、a3、a4,由牛顿第二定律得qE0=ma1、2qE0=-ma2、2qE0=ma3、qE0=-ma4
由此得带电粒子在0~T时间间隔内运动的a-t图象如图 (a)所示,对应的v-t图象如图(b)所示,其中v1=a1
T
4=
qE0T
4m
由图(b)可知,带电粒子在t=0到t=T时的位移为s=
T
4v1
联立解得 s=
qE0T2
16m
它的方向沿初始电场正方向.
(2)由图(b)可知,粒子在t=[3T/8]到t=[5T/8]内沿初始电场反方向运动,
总的运动时间为t=
5T
8−
3T
8=
T
4
答:(1)粒子位移的大小为得 s=
qE0T2
16m和方向沿初始电场正方向;
(2)粒子沿初始电场反方向运动的时间得 t=
T
4.
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.
考点点评: 另一种解法:(1)带电粒子在粒子在0~[T/4]、[T/4]~[T/2]、[T/2]~[3T/4]、[3T/4]~T时间间隔内做匀变速运动,设加速度分别为a1、a2、a3、a4,由牛顿第二定律得qE0=ma1、2qE0=-ma2、2qE0=ma3、qE0=-ma4
设粒子在t=T/4、t=T/2、t=3T/4、t=T时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4,则有v1=a1T4、v2=v1+a2T4、v3=v2+a3T4、v4=v3+a4T4
设带电粒子在t=0到t=T时的位移为s,有s=(v12+v1+v22+v2+v32+v3+v42)T4
解得 s=qE0T216m
它的方向沿初始电场正方向.
(2)由电场的变化规律知,粒子从t=T/4时开始减速,设经过时间t1粒子速度为零,有0=v1+a2t1,解得 t1=[T/8]
粒子从t=T/2时开始加速,设经过时间t2粒子速度为零,有0=v2+a3t2,解得 t2=[T/8]
设粒子从t=0到t=T内沿初始电场反方向运动的时间为t2,有
t=(T4−t1)+t2
解得 t=T4