问题 问答题

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.

答案

(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=

1
2
at2

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=

qE
m
           ③

电场强度与电势差的关系,E=

U
d
           ④

由①②③④式解得y=

qUL2
2dm
v20

y=

d
2
时,U=
md2
v20
qL2

则两板间所加电压的范围  -

md2
v20
qL2
≤U≤
md2
v20
qL2

(3)当y=

d
2
时,粒子在屏上侧向偏移的距离最大(设为y0),则

y0=(

L
2
+b)tanθ

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  -

md2
v20
qL2
≤U≤
md2
v20
qL2

(3)则粒子可能到达屏上区域的长度为

d(L+2b)
L

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