Question

16．如圖所示的直角坐標系中，在直線x=-2l₀到y軸區域內存在著兩個大小相等、方向相反的有界勻強電場，其中x軸上方的電場方向沿y軸負方向，x軸下方的電場方向沿y軸正方向．在電場左邊界上A（-2l₀，-l₀）到C（-2l₀，0）區域內，連續分布著電荷量為+q、質量為m的粒子．從某時刻起由A點到C點間的粒子，依次連續以相同的速度v₀沿x軸正方向射入電場．若從A點射入的粒子，恰好從y軸上的A′（0，l₀）沿x軸正方向射出電場，其軌跡如圖虛線所示．不計粒子的重力及它們間的相互作用．求
（1）粒子從A點到A′的時間t；
（2）勻強電場的電場強度E．

Answer 1

分析 （1）將帶電粒子的運用沿水平和豎直方向正交分解，水平方向做勻速直線運動，根據勻速直線運動規律可求得運動時間；
（2）豎直方向在x軸上下方都做勻變速直線運動，根據牛頓第二定律和運動學公式列式分析電場強度．

解答 解：（1）從A′點射出的粒子，由A到A′的運動時間為T，粒子x軸方向勻速直線運動，有：
2l₀=v₀T，
解得：T=$\frac{2{l}_{0}}{{v}_{0}}$
（2）粒子在豎直方向做加速再減速，上下部分電場強度相同，加速度大小相等，由牛頓第二定律可知：
a=$\frac{Eq}{m}$；
則上下運動過程為對稱過程，由運動的對稱性知：
2l₀=$\frac{1}{2}$$\frac{qE}{m}（\frac{T}{2}）^{2}×2$
解得：E=$\frac{2m{v}_{0}^{2}}{q{l}_{0}}$；
答：（1）粒子從A點到A′的時間t為$\frac{2{l}_{0}}{{v}_{0}}$；
（2）勻強電場的電場強度E為$\frac{2m{v}_{0}^{2}}{q{l}_{0}}$

點評 本題關鍵是將粒子的運動沿著水平方向和豎直方向正交分解，然后根據牛頓運動定律和運動學公式列式分析求解；解題過程中要注意分析軌跡圖，才能準確利用運動規律正確求解．