Question

1．如圖甲所示，真空中的電極K連續(xù)不斷地發(fā)出電子（電子的初速度可忽略不計(jì)），經(jīng)電壓為U_l的電場(chǎng)加速，加速電壓U_l隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示．每個(gè)電子通過(guò)加速電場(chǎng)的過(guò)程時(shí)間極短，可認(rèn)為加速電壓不變．電子被加速后由小孔S從穿出，設(shè)每秒K向加速電場(chǎng)發(fā)射的電子數(shù)目恒定．出加速電場(chǎng)后，電子沿兩個(gè)彼此靠近且正對(duì)的水平金屬板A、B間中軸線(xiàn)射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，A、B兩板長(zhǎng)均為L(zhǎng)=0.20m，兩板之間距離d=0.40m，A板的電勢(shì)比B板的電勢(shì)高．A，B板右側(cè)邊緣到豎直放置的熒光屏P（面積足夠大）之間的距離b=0.20m．熒光屏的中心點(diǎn)O與A、B板的中心軸線(xiàn)在同一水平直線(xiàn)上．不計(jì)電子之間的相互作用力及其所受的重力，求：
（l）要使電子都打不到熒光屏上，則A，B兩板間所加電壓U₂應(yīng)滿(mǎn)足什么條件；
（2）當(dāng)A、B板間所加電U₂=200V時(shí)，打到熒光屏上的電子距離中心點(diǎn)O在多大的范圍內(nèi)；

Answer 1

分析 （1）電子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，即可求解；
（2）電子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)側(cè)移量，結(jié)合幾何關(guān)系，可求出最大范圍；由U₁越大y越小，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可求出最小范圍，從而即可求解．

解答 解：（1）設(shè)電子的質(zhì)量為m，電量為e，電子通過(guò)加速電場(chǎng)后的速度為v₀，
由動(dòng)能定理有：$e{U_1}=\frac{1}{2}mv_0^2$，
電子通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的時(shí)間t=$\frac{L}{v_0}$，
此過(guò)程中電子的側(cè)向位移$y=\frac{1}{2}a{t^2}=\frac{1}{2}\frac{{e{U_2}}}{dm}{（L{v_0}）^2}$，
解得：y=$\frac{{{U_2}{L^2}}}{{4d{U_1}}}$，
要使電子都打不到屏上，應(yīng)滿(mǎn)足U₁取最大值100V時(shí)仍有y＞0.5d，
代入數(shù)據(jù)可得，為使電子都打不到屏上，U₂至少為800V；
（2）當(dāng)電子恰好從A板右邊緣射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，
其側(cè)移最大y_max=0.5d=0.2m電子飛出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，
其速度的反向延長(zhǎng)線(xiàn)通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的中心，
設(shè)電子打在屏上距中心點(diǎn)的最大距離為，
則由幾何關(guān)系可得，$\frac{{{Y_{max}}}}{{{y_{max}}}}=\frac{{b+\frac{L}{2}}}{{\frac{L}{2}}}$
解得：${Y_{max}}=\frac{{b+\frac{L}{2}}}{{\frac{L}{2}}}{y_{max}}=0.6m$；
由第（1）問(wèn)中的$y=\frac{{{U_2}{L^2}}}{{4d{U_1}}}$可知，在其它條件不變的情況下，U₁越大y越小，
所以當(dāng)U₁=100V時(shí)，電子通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的側(cè)移量最小，
其最小側(cè)移量，${y_{min}}=\frac{{{U_1}{L^2}}}{{4d{U_1}}}=0.05m$
同理，電子打在屏上距中心的最小距離${Y_{min}}=\frac{{b+\frac{L}{2}}}{{\frac{L}{2}}}{y_{min}}=0.15m$，
所以電子打在屏上距中心點(diǎn)O在0.15m～0.6m范圍內(nèi)．
答：（l）要使電子都打不到熒光屏上，則A，B兩板間所加電壓U₂應(yīng)滿(mǎn)足至少為800V條件；
（2）當(dāng)A、B板間所加電U₂=200V時(shí)，打到熒光屏上的電子距離中心點(diǎn)O在0.15m～0.6m的范圍內(nèi)．

點(diǎn)評(píng) 考查電子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，學(xué)會(huì)運(yùn)動(dòng)的分解，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式與牛頓第二定律及動(dòng)能定理綜合解題，強(qiáng)調(diào)電子在不同的電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與受力情況．