Question

如圖甲所示，靜電除塵裝置中有一長為L、寬為b、高為d的矩形通道，其前、后面板使用絕緣材料，上、下面板使用金屬材料．圖乙是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定的高壓直流電源相連．質(zhì)量為m、電荷量為-q、分布均勻的塵埃以水平速度v₀進入矩形通道，當(dāng)帶負電的塵埃碰到下板后其所帶電荷被中和，同時被收集．通過調(diào)整兩板間距d可以改變收集效率η．當(dāng)d=d₀時，η為81%(即離下板0.81d₀范圍內(nèi)的塵埃能夠被收集)．不計塵埃的重力及塵埃之間的相互作用．

求：（1）求收集效率為100%時，兩板間距的最大值d_m；
（2）求收集效率η與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系．

Answer 1

（1）0.9d₀　（2）η＝0.81

解析試題分析：（1）收集效率η為81%，即離下板0.81 d₀的塵埃恰好到達下板的右端邊緣，設(shè)高壓
電源的電壓為U，則在水平方向有L＝v₀t    ①
在豎直方向有0.81d₀＝at²       ②
其中a＝＝＝        ③
當(dāng)減小兩板間距時，能夠增大電場強度，提高裝置對塵埃的收集效率．收集效率恰好為
100%時，兩板間距即為d_m.如果進一步減小d，收集效率仍為100%.因此，在水平方向有
L＝v₀t         ④
在豎直方向有d_m＝a′t²       ⑤
其中a′＝＝＝       ⑥
聯(lián)立①②③④⑤⑥式可得d_m＝0.9d₀     ⑦         6分
（2）當(dāng)d>0.9d₀時，設(shè)距下板x處的塵埃恰好到達下板的右端
邊緣，此時有x＝          ⑧
根據(jù)題意，收集效率為η＝       ⑨
聯(lián)立①②③⑧⑨式可得η＝0.81           4分
考點：靜電現(xiàn)象、帶電粒子在電場中的運動