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试卷云
如图所示,在竖直平面内存在两个电场区域。区域I是水平偏转电场,P点是边缘中间点,下极板接地,板长,板间距,偏转电压U可连续调节。区域Ⅱ中存在一个光滑圆形绝缘轨道,轨道两端与区域I的两平行金属板非常接近,在圆心O固定一个电量的正点电荷,O点与P点等高。一个带正电小球从P点以水平进入电场,经偏转后,恰好从A点无碰撞地进入区域Ⅱ的光滑圆形轨道,连线与竖直方向的夹角。已知带电小球质量。静电力常量、重力加速度,忽略两电场间相互及边缘影响。求:
(1)上极板的电势;
(2)当小球即将离开圆形轨道时,立即调节偏转电压U,使小球恰好能水平返回P点,则:
①小球返回P点时的速度;
②此过程中,上极板的电势。
【答案】(1);(2)①;②
【知识点】带电粒子在匀强电场中做类抛体运动的相关计算、带电物体(计重力)在非匀强电场中的一般运动
【详解】(1)小球受电场力和重力作用,由牛顿第二定律可得
又
故
依题意,有
,
得
即
(2)①圆轨道库仑力不做功,重力做功
得
速度分解得
②返回时小球仍受电场力和重力作用
,
故
由对称性知
,
得
即