Question

（20分）圖中 A和B是真空中的兩塊面積很大的平行金屬板、加上周期為T的交流電壓，在兩板間產(chǎn)生交變的勻強電場．己知B板電勢為零，A板電勢U_A隨時間變化的規(guī)律如圖所示，其中U_A的最大值為的U₀，最小值為一2U₀．在圖中，虛線MN表示與A、B扳平行等距的一個較小的面，此面到A和B的距離皆為l．在此面所在處，不斷地產(chǎn)生電量為q、質(zhì)量為m的帶負電的微粒，各個時刻產(chǎn)生帶電微粒的機會均等．這種微粒產(chǎn)生后，從靜止出發(fā)在電場力的作用下運動．設(shè)微粒一旦碰到金屬板，它就附在板上不再運動，且其電量同時消失，不影響A、B板的電壓．己知上述的T、U₀、l，q和m等各量的值正好滿足等式

     

若在交流電壓變化的每個周期T內(nèi)，平均產(chǎn)主320個上述微粒，試論證在t＝0到t＝這段時間內(nèi)產(chǎn)生的微粒中，有多少微�？傻竭_A板（不計重力，不考慮微粒之間的相互作用）。

Answer 1

解析：

為了討論在這段時間內(nèi)產(chǎn)生的微粒的運動情況，先設(shè)想有一靜止粒子在A板附近，在電場作用下，由A板向B板運動，若到達B板經(jīng)歷的時間為，則有

根據(jù)式（1）可求得

  

由此可知，凡位于到A板這一區(qū)域中的靜止微粒，如果它受的電場作用時間大于，則這些微粒都將到達B板。

在發(fā)出的微粒，在的電場作用下，向A板加速運動，加速的時間為，接著在的電場作用下減速，由于減速時的加速度為加速時的兩倍，故經(jīng)過微粒速度減為零。由此可知微粒可繼續(xù)在的電場作用下向B板運動的時間為

 

由于，故在時產(chǎn)生的微粒最終將到達B板（確切地說，應當是），不會再回到A板。

在大于但小于時間內(nèi)產(chǎn)生的微粒，被的電場加速的時間小于，在的電場作用下速度減到零的時間小于，故可在的電場作用下向B板運動時間為

所以這些微粒最終都將打到B板上，不可能再回到A板。

由以上分析可知，在到時間內(nèi)產(chǎn)生的微粒中，只有在到時間內(nèi)產(chǎn)生的微粒能到達A板，因為各個時刻產(chǎn)生帶電微粒的機會均等，所以到達A板的微粒數(shù)為

                       （9）

評分標準：本題20分。

論證在到時間內(nèi)產(chǎn)生的微粒可能到達A板給10分；論證到時間內(nèi)產(chǎn)生的微粒不能到達A板給6分。求得最后結(jié)果式（9）再給4分。