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21.如图所示,已知某匀强电场方向平行于正六边形ABCDEF所在平面.若规定D点电势为零,则A、B、C的电势分别为8V、6V、2V.初动能为12eV、电荷量大小为2e(e为元电荷)的带电粒子从A沿着AC方向射入电场,恰好经过BC的中点G.不计粒子的重力,下列说法正确的是( )

A.该粒子一定带负电

B.该粒子达到点G时的动能为20eV

C.只改变粒子在A点初速度的方向,该粒子不可能经过C

D.若该粒子以不同速率从D点沿DF方向入射,该粒子可能垂直经过CE


答案与解析:

  21.AC 根据题意以A点为坐标原点建立如图所示直角坐标系,取AD中点O点,根据匀强电场中U=Ed和几何关系知,G点和O点电势均为4V,则OG为该匀强电场的等势线.电场线与等势线垂直,沿电场线方向电势越来越低,故电场线沿AD方向(x轴正方向).初动能为12eV、电荷量大小为2e(e为元电荷)的带电粒子从A沿着AC方向射入电场,恰好经过BC的中点G,该粒子在电场中曲线运动,所受电场力方向指向AG轨迹内侧,电场力方向沿x轴负方向,粒子必带负电,此过程中电场力做负功8eV.由动能定理该粒子达到点G时的动能为4eV.所以A正确B错误.

  改变粒子在A点初速度的方向,粒子如果能到C点,沿y轴负方向必有初速度,但电场力不可能减小y轴负方向的初速度,粒子达到C点时速度一定不为零,但粒子从A到C电场力做负功12eV,不符合动能定理关系,所以粒子不可能经过C点.

  若该粒子以不同速率从D点沿DF方向入射,将初速度分解,沿y轴正方向有分速度,电场力不会改变此方向速度,故粒子越过EC线是一定有EC方向的分速度,所以合速度方向一定不与CE垂直.所以C正确D错误.