(17分)如图甲所示,A、B两块金属板水平放置,相距为d=0. 6 cm,两板间加有一周期性变化的电压,当B板接地(φB=0)时,A板电势φA,随时间变化的情况如图乙所示.现有一带负电的微粒在t=0时刻从B板中央小孔射入电场,若该带电微粒受到的电场力为重力的两倍,且射入电场时初速度可忽略不计.求:(g=10 m/s2).
(1)在0~和~T这两段时间内微粒的加速度大小和方向;
(2)若该微粒上升到最高点时速度恰好达到最大,所加电压的周期T为多少
(3)若该微粒上升到最高点时恰好不与A板相碰,所加电压的周期T为多少
答案:
(1)设电场力大小为F,则
F= 2mg,对于t=0时刻
射入的微粒,在前半个周期内,
有=10 m/s2,(2分) 方向向上.(1分)
后半个周期的加速度a2满足
=30 m/s2,(2分) 方向间下.(1分)
(2)在前时间内微粒恰好上升到最高点,这时速度达到最大
(2分)
解得:T=2×10—2s=3.46×10—2s (1分)
(3)前半周期上升的高度.(1分)
前半周期微粒的末速度为 (1分)
后半周期先向上做匀减速运动,设减速运动时间t1,则3gt1=, (2分)
此段时间内上升的高度 (1分)
则上升的总高度为 (1分)
上升过程中不与A板相碰,则,即 (1分)
所加电压的周期最长为 (1分)
【解析】略