如图所示,真空中水平放置的两个相同极板Y和Y'长为L,相距d,足够大的竖直屏与两板右侧相距b.在两板间加上可调偏转电压U,一束质量为m、带电量为+q的粒子(不计重力)从两板左侧中点A以初速度v0沿水平方向射入电场且能穿出.
(1)证明粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心O点;
(2)求两板间所加偏转电压U的范围;
(3)求粒子可能到达屏上区域的长度.

(1)设粒子在运动过程中的加速度大小为a,离开偏转电场时偏转距离为y,沿电场方向的速度为vy,偏转角为θ,其反向延长线通过O点,O点与板右端的水平距离为x,则有
侧移量,y=
at2①1 2
匀速运动的位移,L=v0t②
竖直方向的速度,vy=at
tanθ=
=vy v0 y x
联立可得 x=L 2
即粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心.
(2)由牛顿第二定律,则有a=
③qE m
电场强度与电势差的关系,E=
④U d
由①②③④式解得y=qUL2 2dm v 20
当y=
时,U=d 2 md2 v 20 qL2
则两板间所加电压的范围 -
≤U≤md2 v 20 qL2 md2 v 20 qL2
(3)当y=
时,粒子在屏上侧向偏移的距离最大(设为y0),则d 2
y0=(
+b)tanθL 2
而tanθ=d L
解得 y0=d(L+2b) 2L
则粒子可能到达屏上区域的长度为d(L+2b) L
答:(1)粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心O点;
(2)则两板间所加偏转电压U的范围 -
≤U≤md2 v 20 qL2
;md2 v 20 qL2
(3)则粒子可能到达屏上区域的长度为
.d(L+2b) L