问题 问答题

如图(a)所示,A和B表示在真空中两平行金属板,加上电压后,它们之间的电场可视为匀强电场,图(b)表示一周期性的交变电压波形,横坐标代表时间t,纵坐标代表电压U,从t=0开始,电压为一给定值U0,经过半个周期,突然变为-U0,再过半个周期,又突然变为U0;…如此周期性交替变化.将上述交变电压U加在A、B两板上,使开始时A板电势比B板高.在t=0时,在紧靠B板处有一个初速为零的电子(质量为m,电量为q)在电场作用下开始运动,经过时间T(T为电压变化的周期且已知)刚好到达A板.

(1)求两板间的距离d;

(2)在t=

T
3
时,在紧靠B板处有一个初速为零的电子在电场作用下开始运动,则电子经过多长时间打在哪个板上?

(3)在t=

T
6
时,在紧靠B板处有一个初速为零的电子在电场作用下开始运动,则电子经过多长时间打在哪个板上?

答案

(1)由于前后两个半周期电压大小相等,故电子在极板间的加速a=

qU
md
大小相等,又初末速度为零,故全程的平均速度相等,则加速阶段和减速度阶段的位移相等:

d=

1
2
qU0
md
(
T
2
)
2
×2

解得:

d=

T
2
qU0
m

(2)在t=

T
3
时,初速为零的电子,由于加速时间小于减速时间,故会打到B板上,经过时间t=
T
6
×2+t1
打在B板上.

其中t1满足:

1
2
a(
T
6
)2×2=
1
2
a
t21

解得:

t1=

2
6
T

故:

t=

2+
2
6
T

(3)在t=

T
6
时,初速为零的电子,经过时间T向A的位移为:

s=[

1
2
a(
T
3
)
2
-
1
2
a(
T
6
)
2
]×2=
1
12
aT2

经分析电子到达A板的时间应为:

t=(2+

2
3
)T-t2

其中t2满足:

1
2
a(
T
3
)2×2-
1
12
aT2=
1
2
a
t22

解得:

t2=

2
6
T

故:

t=

16-
2
6
T

答:

(1)两板间的距离d=

T
2
qU0
m

(2)在t=

T
3
时,在紧靠B板处有一个初速为零的电子在电场作用下开始运动,则电子经t=
2+
2
6
T
打在B板上.

(3)在t=

T
6
时,在紧靠B板处有一个初速为零的电子在电场作用下开始运动,则电子经t=
16-
2
6
T
打在A板上.

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