如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在Oxy平面的ABCD区域内,存在两个大小均为E的匀强电场I和II,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计粒子所受重力).在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求:
(1)电子进入电场II时的速度?
(2)电子离开ABCD区域的位置?
(3)电子从释放开始到离开电场II过程中所经历的时间?
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(1)电子在区域Ⅰ中运动时,由动能定理得:
eEL=
mv21 2
得:v=
…①2eEL m
(2)电子从CD区域右侧中点进入区域Ⅲ匀强电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动.设电子的质量为m,电量为e,假设电子从CD边射出,出射点纵坐标为y,匀变速直线运动公式有:
-y=L 2
at2=1 2
(eE 2m
)2…②L v
联立①②得:y=
L,所以原假设成立,即电子离开ABCD区域的位置坐标为(-2L,1 4
L).1 4
(3)设电子在区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ运动的时间分别为t1、t2、t3,则:
L=
t1… ③v 2
L=vt2 …④
L=vt3 …⑤
电子运动的总时间为:t=t1+t2+t3,
联立解得:t=8mL eE
答:(1)电子进入电场II时的速度为
.2eEL m
(2)电子离开ABCD区域的坐标为(-2L,
L).1 4
(3)电子从释放开始到离开电场II过程中所经历的时间为
.8mL eE