问题 问答题

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?

答案

(1)带电粒子的初速度为v0时,

     水平方向:L=v0t1

     竖直方向:d=

1
2
a
t21

联立得到,d=

1
2
a(
L
v0
)2

带电粒子的初速度变为2V0时,

    水平方向:L=2v0t2

    竖直方向:y=

1
2
a
t22

联立得到,y=

1
2
a(
L
2v0
)2=
1
4
d

(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
=
d
2L
,又tanφ=
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-
1
2
m
v20
2v0入射时:q
u
4
=Ek2-
1
2
m(2v0)2

由第(1)问d=

1
2
a(
L
v0
)2,a=
qu
md

刚好贴着下板边缘飞出有:
d=
quL2
2m
v20
d

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

1
4
d.

(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

选择题
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