如图所示,在长为2L、宽为L的ABCD区域内有一半的空间存在场强为E、方向平行于BC边的匀强电场,现有一个质量为m,电量为e的电子,以平行于AB边的速度v0从区域的左上角A点射入该区域,不计电子所受的重力,则:
(1)当无电场的区域位于左侧时(如图甲),求电子射出ABCD区域时的动能;
(2)当无电场区域的左边界距AD的距离为x时(如图乙),要使这个电子能从区域的右下角的C点射出,电子的初速度v0应满足什么条件.
(1)电子先做匀速运动,进入电场后做类平抛运动,设电子恰好从C点射出电场.
电子在电场中运动的加速度a=eE m
设电子恰好从C点射出电场时在电场中的运动时间为t,则有
L=v0t,L=
at21 2
解得:v0=eEL 2m
讨论:
①当v0≤
时,电子从电场的下边界射出电场,射出电场时的动能 Ek=eEL 2m
mv02+eEL1 2
②v0>
时,电子从电场的右边界射出电场,射出电场时沿电场方向的位移 y=eEL 2m
at2=1 2 eEL2 2m v 20
射出电场时的动能 Ek=
mv02+eEy=1 2
mv02+1 2 (eEL)2 2m v 20
(2)电子先做类平抛运动,接着做匀速直线运动,最后做类斜下抛运动.
设电子整个运动时间为t1,则有
2L=v0t1
L=
a(1 2
)2+a?t1 2
?x v0
解得:v0=t1 2 eE(2x+L) 2m
答:
(1)当无电场的区域位于左侧时,①当v0≤
时,电子从电场的下边界射出电场,射出电场时的动能 Ek=eEL 2m
mv02+eEL;②v0>1 2
时,电子从电场的右边界射出电场,射出电场时的动能 Ek=eEL 2m
mv02+1 2 (eEL)2 2m v 20
(2)当无电场区域的左边界距AD的距离为x时,要使这个电子能从区域的右下角的C点射出,电子的初速度v0应满足条件是v0=
.eE(2x+L) 2m