正确率40.0%在两块平行金属板中间,有一个处于静止状态的带正电的粒子。若在两板间加交变电压$$u=U m \operatorname{s i n} \omega t$$,下列判断中正确的是$${{(}{)}}$$
B
A.粒子的位移一定按正弦规律变化
B.粒子的加速度一定按正弦规律变化
C.粒子的速度一定按正弦规律变化
D.粒子的运动轨迹一定是一条正弦曲线
首先,分析带电粒子在交变电场中的受力情况。两平行金属板间的电场强度为 $$E = \frac{u}{d}$$,其中 $$d$$ 为板间距。因此,粒子受到的电场力为 $$F = qE = \frac{qU_m}{d} \sin \omega t$$,方向垂直于金属板。
根据牛顿第二定律,粒子的加速度为 $$a = \frac{F}{m} = \frac{qU_m}{md} \sin \omega t$$。由此可见,加速度随时间按正弦规律变化,因此选项 B 正确。
接下来分析粒子的运动状态。设初始时刻粒子静止,其速度 $$v$$ 是加速度对时间的积分: $$v(t) = \int_0^t a \, dt = -\frac{qU_m}{md\omega} \cos \omega t + C$$ 由于初始速度为零,积分常数 $$C = \frac{qU_m}{md\omega}$$,因此: $$v(t) = \frac{qU_m}{md\omega} (1 - \cos \omega t)$$ 显然,速度并非严格按正弦规律变化,选项 C 错误。
粒子的位移 $$x(t)$$ 是速度对时间的积分: $$x(t) = \int_0^t v \, dt = \frac{qU_m}{md\omega} t - \frac{qU_m}{md\omega^2} \sin \omega t$$ 位移包含线性项和正弦项,因此不完全是正弦规律变化,选项 A 错误。
粒子的运动轨迹由位移和速度共同决定。由于位移中包含线性项,粒子会沿电场方向漂移,同时叠加周期性振荡,轨迹并非单纯的正弦曲线,选项 D 错误。
综上,只有选项 B 正确。