解题思路:AB突然以角速度ω沿顺时针方向匀速转动,带电粒子则做匀加速直线运动,若加速度比较大,则粒子追上AB板,若粒子的加速度比较小,则AB板转过1周后又追上带电粒子.由运动学的公式即可牛顿第二定律即可解答.
(1)设微粒p经过时间t1恰好与B端相碰,则AB板转过的角度θ=[1/3]π,
所以过去的时间t1=
θ
ω=
1
3π
100π
3=0.01s,
微粒p竖直下落的高度:h=Lsinθ=[1/2a1
t21]
粒子的加速度:a1=
mg+
qU1
d
m,
代入数据解得:U1=192.6V
(2)另一种情况,设AB板转过2π+[1/3π=
7
3π时恰与微粒p相碰于B端.
运动时间t2=
θ2
ω=
7
3π
100π
3=0.07s,微粒下落的加速度a2=
mg+
qU2
d
m]
又:h=
1
2a2
t22
代入数据解得电压:U2=2.6V
综上所述,当金属板MN间的电压U≥192.6V或者U≤2.6V时可保证AB板与微粒p相碰.
答:为使板AB在转动中能与微粒p相碰,则加在平行金属板M、N之间的电压取值范围是U≥192.6V或者U≤2.6V.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动
考点点评: 该题中,微粒与AB板相碰的情况有两种,在解答的过程中,往往由很多的学生只考虑到了其中的一种,通过此题,要学会全面第分析问题.这是一道容易错误的题目.