问题 问答题

如图所示,电子源每秒钟发射2.5×1013个电子,电子以v0=8.0×106m/s的速度穿过P板上A孔,从M、N两平行板正中央进入两板间,速度方向平行于板M且垂直于两板间的匀强磁场,两极板M、N间电压始终为UMN=80.0V,两板距离d=1.00×10-3m,电子在板M、N间做匀速直线运动后进入由C、D两平行板组成的已充电的电容器中,电容器电容为8.0×10-8F,电子打到D板后就留在D板上.在t1=0时刻,D板电势较C板的电势高818V,在t2=T时刻,开始有电子打到M板上,已知电子质量m=9.1×10-31kg、电荷量e=1.6×10-19C,两板C、P均接地,电子间不会发生碰撞(忽略电子所受的重力).求:

(1)两极板M、N间匀强磁场的磁感应强度B;

(2)T时刻打到M板上每个电子的动能EK(以eV为单位);

(3)最终到达D板的电子总数n;

(4)在t3=

3
5
T时刻,每个电子作用到D板的冲量I.

答案

(1)由于电子在M、N板间做匀速直线运动,所以eE=eBv0

B=

E
v0
=
UMN
dv0
=
80.0
1.0×10-3×8.0×106
=1.0×10-2T

(2)开始有电子打在M板上,表示电子刚好不能到达D板,从C板小孔反向折回时,

动能仍为  EK0=

1
2
m
v20
=
9.1×10-31×(8.0×166)2
2×1.6×10-19
eV=182eV

折返的电子,从C板小孔到M板的过程:e•

UMN
2
=EK-EK0

EK=EK0+

eUMN
2
=222eV

(3)电子刚不能到达B板时,C、D间的电势差:UCD=

EK0
e
=182V

从t1=0起电容器C、D板间的电压变化为:△U=UCD-UCD=182V-(-818V)=1000V

D板的电量变化量为:△Q=C•△U=8.0×10-8×1000C=8.0×10-5C

到达D的电子数为:n=

△Q
e
=
8.0×10-5
1.6×10-19
=5.0×1014(个)   

(4)在O-T时间内,由于电子匀速且连续打在D板上,两极板间电压均匀变化,

所以当t=

3T
5
时,C、D板间的电压变化为△U'=
3•△U
5
=600V

此时两极板C、D间的电压为  U''DC=(818-600)V=218V

所以,每个电子打到D板上的动能为  EK=

1
2
m
v20
+eUDC=400eV

故冲量为 I=△p=

2mE′k
=
2×9.1×10-31×400×1.6×10-19
N•s=1.1×10-23N•s

答:(1)两极板M、N间匀强磁场的磁感应强度1×10-2T;

(2)T时刻打到M板上每个电子的动能222eV;

(3)最终到达D板的电子总数5×1014个;

(4)在t3=

3
5
T时刻,每个电子作用到D板的冲量1.1×10-23N•s.

报关编码
问答题 论述题