湖北2020年国家电网招聘考试电气专业考点：静电场解析6

18、如图所示，挡板P固定在足够高的水平桌面上，小物块A和B大小可忽略，它们分别带有+QA和+QB的电荷量，质量分别为mA和mB。两物块由绝缘的轻弹簧相连，一不可伸长的轻绳跨过滑轮，一端与B连接，另一端连接一轻质小钩。整个装置处于场强为E、方向水平向左的匀强电场中。A、B开始时静止，已知弹簧的劲度系数为k，不计一切摩擦及A、B间的库仑力，A、B所带电荷量保持不变，B不会碰到滑轮。
(1) 若在小钩上挂一质量为M的物块C并由静止释放，可使物块A恰好能离开挡板P，求物块C下落的最大距离；
(2) 若C的质量改为2M，则当A刚离开挡板P时，B的速度多大？
（1）开始平衡时有：
当A刚离开档板时：
故C下落的最大距离为：
由①～③式可解得h=
（2）由能量守恒定律可知：C下落h过程中，C重力势能的的减少量等于B的电势能的增量和弹簧弹性势能的增量、系统动能的增量之和
当C的质量为M时：
当C的质量为2M时：
解得A刚离开P时B的速度为：
19、如图6所示，在的空间中，存在沿x轴正方向的匀强电场E；在的空间内，存在沿x轴负方向的匀强电场，场强大小也等于E。一电子（－e，m）在x＝d处的P点以沿y轴正方向的初速度开始运动，不计电子重力。求：
 
图6
（1）电子在x方向分运动的周期。
（2）电子运动的轨迹与y轴的各个交点中，任意两个相邻交点之间的距离l。
解析：电子射入电场后，y方向的分运动一直为匀速运动；x方向的分运动为先是－x方向的加速运动，接着是－x方向的减速运动，又＋x方向的加速运动，再＋x方向的减速运动……，如此反复。故电子运动的轨迹如图7所示。
 
图7
（1）设电子从射入到第一次与y轴相交所用时间为t，则
 
解得：
所以，电子在x方向分运动的周期为：
 
（2）在竖直方向上：
 
电子运动的轨迹与y轴的各个交点中，任意两个相邻交点之间的距离l为：
。
20.如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。在Oxy平面的ABCD区域内，存在两个场强大小均为E的匀强电场I和II，两电场的边界均是边长为L的正方形（不计电子所受重力）。
（1）在该区域AB边的中点处由静止释放电子，求电子离开ABCD区域的位置。
（2）在电场I区域内适当位置由静止释放电子，电子恰能从ABCD区域左下角D处离开，求所有释放点的位置。
（3）若将左侧电场II整体水平向右移动L/n（n≥1），仍使电子从ABCD区域左下角D处离开（D不随电场移动），求在电场I区域内由静止释放电子的所有位置。
解析：（1）设电子的质量为m，电量为e，电子在电场I中做匀加速直线运动，出区域I时的为v0，此后电场II做类平抛运动，假设电子从CD边射出，出射点纵坐标为y，有
 
 
解得　y＝，所以原假设成立，即电子离开ABCD区域的位置坐标为（－2L，）
（2）设释放点在电场区域I中，其坐标为（x，y），在电场I中电子被加速到v1，然后进入电场II做类平抛运动，并从D点离开，有


解得　xy＝，即在电场I区域内满足议程的点即为所求位置。
（3）设电子从（x，y）点释放，在电场I中加速到v2，进入电场II后做类平抛运动，在高度为y′处离开电场II时的情景与（2）中类似，然后电子做匀速直线运动，经过D点，则有

，
解得　，即在电场I区域内满足议程的点即为所求位置

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