解题思路:(1)粒子在AB间运动时,在水平方向不受力,做匀速直线运动,进入O1′孔的速度即为进入A、B板的初速度.研究粒子在CD间运动的过程,运用动能定理求解.
(2)粒子在AB间运动时,竖直方向上做周期性的运动,在一个周期T内,竖直方向上的速度变为初始状态;要使该带电粒子能够返回至O1′,应满足在[T/4]的整数倍时从CD间出去,根据粒子在匀强电场中的偏转位移公式求出板间距.
(1)因粒子在A、B间运动时,水平方向不受外力做匀速运动,所以进入O1′孔的速度即为进入A、B板的初速度.
在C、D间,由动能定理得:qU2=[1/2]mv02
解得:v0=
2qU2
m
(2)由于粒子进入A、B后,在一个周期T内,竖直方向上的速度变为初始状态.即:v竖=0,
若在第一个周期内进入O1′孔,则对应两板最短长度为L=v0T,若在该时间内,粒子刚好不到A板而返回,则对应两板最小间距,设为d.
所以有:[1/2]a([T/4])2×2=[d/2],a=
qU1
md
得:d=
qU1T2
8m=[T/2]
qU1
2m.
因此A、B两极板间距d的最小值是[T/2]
qU1
2m.
答:(1)该粒子进入A、B的初速度v0的大小是
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题是道综合性较强的题目,要能正确分析粒子的运动情况,抓住运动过程的对称性分析粒子交变电场中的运动过程是关键,结合动能定理、牛顿第二定律和运动学公式求解,是此类题目常用的方法.