问题 问答题

如图所示,在空间中取直角坐标系Oxy,在第一象限内平行于y轴的虚线MN与y轴距离为d,从y轴到MN之间的区域充满一个沿y轴正方向的匀强电场,场强大小为E.初速度可以忽略的电子经过另一个电势差为U的电场加速后,从y轴上的A点以平行于x轴的方向射入第一象限区域,A点坐标为(0,h).已知电子的电量为e,质量为m,加速电场的电势差U>

Ed2
4U
,电子的重力忽略不计,求:

(1)电子从A点进入电场到离开该电场区域所经历的时间t和离开电场区域时的速度v; 

(2)电子经过x轴时离坐标原点O的距离L.

答案

(1)由eU=

1
2
m
v20
得,电子进入偏转电场区域时的初速度为 v0=
2eU
m

设电子从MN离开,则电子从A点进入到离开匀强电场区域的时间

  t=

d
v0
=d
m
2eU

  y=

1
2
at2=
Ed2
4U

因为加速电场的电势差U>

Ed2
4U
,说明y<h,说明以上假设正确.

故vy=at=

eE
m
•d
m
2eU
=
eEd
m
m
2eU

离开时的速度为 v=

v20
+
v2y
=
2eU
m
+
eE2d2
2mU

(2)设电子离开电场后经过时间t′到达x轴,在x轴方向上的位移为x′,则

x′=v0t′,y′=h-y=h-

vy
2
t=vyt′

则L=d+x′=d+v0t′=d+v0

h
vy
-
t
2
)=d+
v0
vy
h-
d
2
=
d
2
+
v0
vy
h

代入解得 L=

d
2
+
2hU
Ed

答:

(1)电子从A点进入电场到离开该电场区域所经历的时间t是d

m
2eU
.离开电场区域时的速度v是
2eU
m
+
eE2d2
2mU

(2)电子经过x轴时离坐标原点O的距离L是

d
2
+
2hU
Ed

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