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如图12所示,由A、B两平行板构成的电容器,电容为C,原来不带电.电容器的A板接地,并且中心有一个小孔,通过这个小孔向电容器中射入电子,射入的方向垂直于极板,射入的速度为v0.如果电子的发射是一个一个单独进行的,即第一个电子到达B板后再发射第二个电子,并且所有和B板相碰的电子都留在B板上.随着电子的射入,两极板间的电势差逐渐增加,直至达到一个稳定值.已知电子的质量为m、电荷量为e,电子所受的重力可忽略不计,A、B两板的距离为L.

图12

(1)有n个电子到达B板上,这时两板间电场的场强E多大?

(2)最多能有多少个电子和B板相碰?

(3)到达B板的第1个电子在两板间运动的时间和最后一个电子在两板间运动的时间相差多少?

解析:(1)两极间电压U=                                                ①

场强E=                                                                   ②

解得E=.                                                                 ③

(2)设最多能有n′个电子到达B板,则第n′+1个电子在运动到B板时速度恰减为0.

满足=v02                                                          ④

解得n′=                                                              ⑤

(3)第1个电子在两板间做匀速运动,运动时间为t1=                              ⑥

最后1个电子在两板间做匀减速运动,运动到B板时速度恰为0,运动时间为t2=    ⑦

 二者时间之差为Δt=t2-t1=.                                                   ⑧

答案:(1)  (2)  (3)

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(2011?宜昌二模)某同学在资料上发现弹簧振子的周期公式为T=2π
m
k
,弹簧的弹性势能公式为成Ep=
1
2
kx2
(式中k为弹簧的劲度系数,m为振子的质量,x为弹簧的形变量).为了验证弹簧的弹性势能公式,他设计了如图甲所示的实验:轻弹簧的一端固定在水平光滑木板一端,另一端连接一个质量为M的滑块,滑块上竖直固定一个挡光条,每当挡光条挡住从光源A发出的细光束时,传感器B因接收不到光线就产生一个电信号,输入电脑后经电脑自动处理就能形成一个脉冲电压波形;开始时滑块静止在平衡位置恰好能挡住细光束.在木板的另一端有一个弹簧枪,发射出质量为m,速度为v0的弹丸,弹丸击中木块后留在木块中一起做简谐振动.
(1)系统在振动过程中,所具有的最大动能Ek=
1
2
(
m2
M+m
)
v
2
0
1
2
(
m2
M+m
)
v
2
0

(2)系统振动过程中,在电脑上所形成的脉冲电压波形如图乙所示,由图可知该系统的振动周期大小为:T=
2T0
2T0

(3)如果再测出滑块振动的振幅为A,利用资料上提供的两个公式求出系统振动过程中弹簧的最大弹性势能为:Ep=
(M+m)A2π2
2
T
2
0
(M+m)A2π2
2
T
2
0

通过本实验,根据机械能守恒,如发现Ek=Ep,即验证了弹簧的弹性势能公式的正确性

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(2)计算小车通过计数点“2”的瞬时速度公式为v2 =_____________(以d1、d2及相邻计数点间时间T来表示) 
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