如图所示,一质量为m、电量为q的带电粒子,以速度v沿平行于板面的方向射入电场中.极板间的电压为U,板长为L,板间距离为d.若不计带电粒子的重力,求带电粒子射出电场时
(1)侧向位移的大小;
(2)速度的大小与方向.
(1)粒子在电场中做类平抛运动,在垂直于板面方向的分运动为匀加速运动.带电粒子受到的电场力为 F=qE ①
由牛顿第二定律得带电粒子的加速度为 a=
②F m
由于极板间为匀强电场,故 U=Ed ③
带电粒子在平行于板面的方向不受力,所以在这个方向做匀速运动,由L=vt 可求得:t=
④L v
带电粒子射出电场时,在垂直于板面方向偏移的距离为y=
at2 ⑤1 2
由①②③④⑤可得:y=
⑥qUL2 2mdv2
(2)带电粒子射出电场时垂直于极板的分速度为 vy=at=
•qU md L v
则速度大小为 V=
=v2+ v 2y v2+ q2U2L2 m2d2v2
设速度与水平方向的夹角为α,则 tanα=
=vy v
,α=arctanqUL mdv2
.qUL mdv2
答:
(1)侧向位移的大小为
;qUL2 2mdv2
(2)速度的大小为
,方向与水平方向成arctanv2+ q2U2L2 m2d2v2
角斜右下方.qUL mdv2