如图所示,两平行金属板水平放置,板间存在竖直向下的勻强电场.一带电粒子以初速度V0沿上板边缘垂直于电场线射入匀强电场,它刚好贴着下板边缘飞出.已知匀强电场两极板长L,间距为d,(粒子的重力忽略不计)求:
(1)如果带电粒子的初速度变为2V0,则离开电场时,沿场强方向的侧向位移y为多少?
(2)如果带电粒子的初速度变为2V0,粒子离开电场后继续运动,当它的竖直位移仍为d时,它的水平位移x为多少?
(3)如果带电粒子的初速度变为2V0,粒子离开电场时动能与带电粒子以初速度V0射入匀强电场后离开电场时动能之比?
(1)带电粒子的初速度为v0时,
水平方向:L=v0t1
竖直方向:d=
a1 2 t 21
联立得到,d=
a(1 2
)2L v0
带电粒子的初速度变为2V0时,
水平方向:L=2v0t2
竖直方向:y=
a1 2 t 22
联立得到,y=
a(1 2
)2=L 2v0
d1 4
(2)带电粒子的初速度变为2v0,粒子离开电场时速度的偏向角为φ.根据推论可知,粒子离开电场时速度的反向延长线交于上板的中点.则根据几何知识有
tanφ=
=d 4 L 2
,又tanφ=d 2L d LAB
解得 LAB=2L
所以x=0.5L+LAB=2.5L
(3)根据动能定理得,
v0入射时:qu=Ek1-
m1 2 v 20 2v0入射时:q
=Ek2-u 4
m(2v0)21 2
由第(1)问d=
a(1 2
)2,a=L v0
得qu md
刚好贴着下板边缘飞出有: d= quL2 2m
dv 20
联立解得:
=Ek2 Ek1 d2+4L2 4d2+L2
答:
(1)带电粒子的初速度变为2V0,离开电场时,沿场强方向的侧向位移y为
d.1 4
(2)带电粒子的初速度变为2V0,粒子离开电场后继续运动,当它的竖直位移仍为d时,它的水平位移x为2.5L.
(3)如果带电粒子的初速度变为2V0,粒子离开电场时动能与带电粒子以初速度V0射入匀强电场后离开电场时动能之比
=Ek2 Ek1
.d2+4L2 4d2+L2