Question

【题目】如图中所示B为电源，电动势E=27V，内阻不计。固定电阻R1=500Ω，R2为光敏电阻。C为平行板电容器，虚线到两极板距离相等，极板长l1=8.0×10-2m，两极板的间距d=1.0×10-2m。S为屏，与极板垂直，到极板的距离l2=0.16m。P为一圆盘，由形状相同、透光率不同的三个扇形a、b和c构成，它可绕AA/轴转动。当细光束通过扇形a、b、c照射光敏电阻R2时，R2的阻值分别为1000Ω、2000Ω、4500Ω。有一细电子束沿图中虚线以速度v0=8.0×106m/s连续不断地射入C。已知电子电量e=1.6×10-19C，电子质量m=9×10-31kg。忽略细光束的宽度、电容器的充电放电时间及电子所受的重力。假设照在R2上的光强发生变化时R2阻值立即有相应的改变。

（1）设圆盘不转动，细光束通过b照射到R2上，求平行板电容器两端电压U1（计算结果保留二位有效数字）。

（2）设圆盘不转动，细光束通过b照射到R2上，求电子到达屏S上时，它离O点的距离y。（计算结果保留二位有效数字）。

（3）转盘按图中箭头方向匀速转动，每3秒转一圈。取光束照在a、b分界处时t=0，试在图中给出的坐标纸上，画出电子到达屏S上时，它离O点的距离y随时间t的变化图线（0~6s间）。要求在y轴上标出图线最高点与最低点的值。（不要求写出计算过程，只按画出的图线就给分）

Answer 1

【答案】(1) 5.4V (2)

(3)

【解析】

由题意可知综合考查闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律和类平抛运动，根据欧姆定律、类平抛运动及运动学公式计算可得。

解：(1) 设电容器C两极板间的电压为U1，

U1=E=

(2) 设电场强度大小为E′

E′=，

电子在极板间穿行时加速度大小为a，穿过C的时间为t，偏转的距离为yo ．

根据牛顿第二定律得：

a=

电子做类平抛运动，则有：

l1=v0t，

yo=at2，

联立得：

yo=（），

当光束穿过b时，R2=2000Ω，代入数据解得:

yo=4.8×10-3m

由此可见，

y1＜d，

电子通过电容器C，做匀速直线运动，打在荧光屏上O上方y处．根据三角形相似关系可得

代入数值可得:

y=

(3) 当光束穿过a时，R2=1000Ω，代入数据解得

y=8×10-3m

由此可见，y＞d，电子不能通过电容器C。当光束穿过C时，R2=4500 同理可求得:

y=