问题 问答题

如图在Oxy平面的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场I和II,两电场的边界均是边长为L的正方形(设电子的电量为q,质量为m,不计电子的重力).

(1)在该区域AB边的B处由静止释放电子,求电子经过多长时间达到匀强电场II区域的右边界和电子最终离开CD边界的位置坐标.

(2)在电场I区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置.(提示:设释放点的位置为(x.y)坐标点,最后写出含有xy的函数表达式)

答案

(1)电子的质量为m,电量为q,在电场I中做匀加速直线运动,出区域I时的速度为v0,时间为t1

然后匀速直线运动到达电场II所用时间t2,此后进入电场II做类平抛运动,

由动能定理得:qEL=

1
2
m
v20
 

由运动学公式,t1=

v0
a
  

由牛顿第二定律,a=

qE
m
  

解得:t1=

2mL
qE
 

匀速运动时间,t2=

L
v0
=
mL
2qE
    

则所需的时间,tB=t1+t2=

3
2
2mL
qE

假设电子从CD边射出,出射点纵坐标为y,则整个运动过程中

对电子先后运用及匀变速位移公式有:(L-y)=

1
2
at2=
1
2
qE
m
(
L
v0
)2

 则:侧位移y=

1
2
at2=
1
2
qE
m
(
L
v0
)2   

 纵坐标为L-y=

3
4
L

  解得 y=

3
4
L,

所以原假设成立,

即电子离开ABCD区域的位置坐标为(-2L,

3
4
L)

(2)设释放点在电场区域I中,其坐标为(x,y),在电场I中电子被加速到v1

然后进入电场II做类平抛运动,并从D点离开,

同理,有:qEx=

1
2
m
v21

y=

1
2
at2=
1
2
qE
m
(
L
v1
)2  

解得:xy=

L2
4

即在电场I区域内满足此方程的点即为所求位置.

答:(1)在该区域AB边的B处由静止释放电子,求电子经过

3
2
2mL
qE
时间达到匀强电场II区域的右边界和电子最终离开CD边界的位置坐标(-2L,
3
4
L
).

(2)在电场I区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,则所有释放点的位置满足:xy=

L2
4

单项选择题
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