2q1V_VeyIc
问题1:带电粒子运动
在光滑平面内有带电粒子A,电荷量为+Q,质量为 M,位于(L,0)处,带电粒子B,电荷量−q,质量为 m,位于(0,H)处,粒子A以固定速度 v0 向x轴方向运动,粒子B由于电荷间的引力而随之运动,如图所示,求粒子B在任意时刻 t 的轨迹方程。

解:假设粒子A的轨迹方程为:{x0=h(t)=L+v0ty0=0
粒子B的轨迹方程为:{x=f(t)y=g(t)
在 t 时刻,粒子A的位置为(h(t),0),粒子B的位置为(x,y),此时经过 dt 时间内,粒子A的位置为(h(t+dt),0),粒子B的位置如下图所示:
此时两粒子之间的引力为:F=r2kQq,r2=(x−x0)2+(y−y0)2
角度:sinθ=ry−y0, cosθ=rx−x0
粒子B的加速度为:a=mF=mr2kQq, ax=acosθ, ay=asinθ
粒子B的速度为:v=∫0Tadt, vx=vcosθ=∫0Tacosθdt, vy=∫0Tasinθ
粒子位移:x=∫0Tvxdt, y=∫0Tvydt
vx=∫0Tacosθdt=∫0Tmr2kQqrx−x0dt=mkQq∫0Tr3x−x0dt
vx=mkQq∫0T((x−L−v0t)2+y2)23x−L−v0tdt
假如B与A都在x轴上,距离为L,那么
a=m(L+v0t−x)2kQq
v=∫0Tadt=∫0Tm(L+v0t−x)2kQqdt
x=∫0T0vdT=∫0T0∫0Tm(L+v0t−x)2kQqdtdT