解题思路:(1)带电粒子在电场中做直线运动,可能在半个周期内到达N板,否则,每半周期内的位移相等;
(2)带电粒子从靠近M板的左边缘处以初速度v0水平射入两极板间,且粒子沿水平方向离开电场,说明了两点:运动的时间是周期的整数倍,没打到极板上.根据以上两点,列出公式,即可解答.
(1)带电粒子在电场中 受到的电场力:F=qE=
qU
d
它的加速度:a=
F
m,
半个周期内的位移:x=
1
2at2
代入数据,得:x=2.5×10-2m
因此,粒子在半周期内不能达到N板,后半周期内它做减速运动,且t=T时,速度恰好为0,之后重复该周期内的运动,直到达到N极板.
又[L/x=
0.145
2.5×10−2=5.8
故时间t应在2.5T到3T之间,2.5T后,粒子做减速运动,x′=d-5.5×2x=0.02m
粒子的加速度大小也是a,由公式:x′=vt+
1
2at2
得:x′=a
T
2•t′−
1
2at′2
代入数据,解得:t′=5.53×10-4s
总时间为:t总=2.5T+t′=5.553×10−3s
(2)由题意得,运动的时间是周期的整数倍,没打到极板上.粒子在电场中做加速-减速运动,没打到极板上,说明沿着电场线方向的位移不超过
d
2],故运动的时间也不
t总
2,合适的时间点只有当t=T的时候,即粒子穿越电场的时间为T,由公式得:L=v0T
解得:v0=100m/s
答:(1)粒子从M板运动到N板所经历的时间是5.553×10-3;
(2)粒子沿水平方向离开电场,求初速度v0的大小为100m/s.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 该题考查带电粒子在电场中 的运动,由于电场具有周期性,因此粒子的运动也有周期性,在解题的过程中要抓住这一特征.属于难题.