问题 问答题

如图所示,电源电动势为E=100V,内阻不计,R1、R2、R4的阻值均为300Ω,R3为可变电阻.C为一水平放置的平行板电容器,虚线到两极板距离相等且通过竖直放置的荧光屏中心,极板长为L=8cm,板间距离为d=1cm,右端到荧光屏距离为s=20cm,荧光屏直径为D=5cm.有一细电子束沿图中虚线以E0=9.6×102eV的动能连续不断地向右射入平行板电容器.已知电子电量e=1.6×1019C.要使电子都能打在荧光屏上,变阻器R3的取值范围多大?

答案

电子穿过电容器过程中,在水平方向上做匀速运动     l=v0t①

在竖直方向上做匀加速直线运动   y1=

1
2
at2

v=at                          ③

a=

eU
md
                          ④

电子穿过平行板电容器时,速度方向偏转θ角,tanθ=

U⊥
V0
            ⑤

电子打在荧光屏上偏离中心O的位移,y=y1+s•tanθ                         

由上述①~⑥方程得:y=(1+

2s
L
)y1

当y1=

1
2
d时,代入数据求得:y=3m>
D
2
                     ⑦

故使电子打在荧光屏上,应满足y≤

D
2
阶段                                  

联立①~⑦方程,U≤

2DdE0
e(l+2s)l

代入数据求得,A、B间电压U≤25V                                         

(1)当UAB=25V时,UAB=

E
R1+R2
R2-
E
R3+R4
R4=25V

代入数据得:R3=900Ω                                                    

(2)当UBA=25V时,UAB=

E
R3+R4
R4-
E
R1+R2
R2=25V

代入数据得:R3=100Ω                                                    

综述:100Ω≤R3≤900Ω

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