Question

（04年北京卷）（22分）下圖是某種靜電分選器的原理示意圖。兩個(gè)豎直放置的平行金屬板帶有等量異號(hào)電荷，形成勻強(qiáng)電場(chǎng)。分選器漏斗的出口與兩板上端處于同一高度，到兩板距離相等。混合在一起的a、b兩種顆粒從漏斗出口下落時(shí)，a種顆粒帶上正電，b種顆粒帶上負(fù)電。經(jīng)分選電場(chǎng)后，a、b兩種顆粒分別落到水平傳送帶A、B上。

已知兩板間距d=0.1m，板的度l=0.5m，電場(chǎng)僅局限在平行板之間；各顆粒所帶電量大小與其質(zhì)量之比均為1×10^－5C/kg。設(shè)顆粒進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的初速度為零，分選過(guò)程中顆粒大小及顆粒間的相互作用力不計(jì)。要求兩種顆粒離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)，不接觸到極板但有最大偏轉(zhuǎn)量。重力加速度g取10m/s²。

（1）左右兩板各帶何種電荷？?jī)蓸O板間的電壓多大？

（2）若兩帶電平行板的下端距傳送帶A、B的高度H=0.3m，顆粒落至傳送帶時(shí)的速度大小是多少？

（3）設(shè)顆粒每次與傳帶碰撞反彈時(shí)，沿豎直方向的速度大小為碰撞前豎直方向速度大小的一半。寫(xiě)出顆粒第n次碰撞反彈高度的表達(dá)式，并求出經(jīng)過(guò)多少次碰撞，顆粒反彈的高度小于0.01。

 

Answer 1

解析：

（1）左板帶負(fù)電荷，右板帶正電荷。  

依題意，顆粒在平行板間的豎直方向上滿足

 

                                 <1>   

 

在水平方向上滿足

 

                      <2>   

 

<1><2>兩式聯(lián)立得

 

 

（2）根據(jù)動(dòng)能定理，顆粒落到水平傳送帶上滿足

 

 

（3）在豎直方向顆粒作自由落體運(yùn)動(dòng)，它第一次落到水平傳送帶上沿豎直方向的速度。反彈高度

 

 

根據(jù)題設(shè)條件，顆粒第n次反彈后上升的高度

 

 

當(dāng)時(shí)，