如图所示,有一初速可忽略的电子经电压U1加速后,进入两块水平放置、间距为d及电压为U2的平行金属板间.若电子从板正中央水平射入,且恰好能从板的右端射出.设电子电量为e,求:
(1)电子穿出偏转电场时的动能EK
(2)金属板的长度L.
分析:在偏转电场中,电场力对电子做功
1
2
eU,根据动能定理,对全过程研究,求解质子穿出电场时的动能;
先根据电子在加速电场中,电场力做正功eU0,由动能定理求解电子射出加速电场的速度.然后电子进入偏转电场后做类平抛运动,沿水平方向做匀速直线运动,位移大小等于板长L;竖直方向做匀加速直线运动,位移大小等于板间距离的一半,由牛顿第二定律求出加速度,由运动学公式求解板长L.
解答:解析:(1)电子穿出时动能为Ek,对电子在运动全过程内动能定理:
eU1+
1
2
eU  2=EK-0
Ek=e(U1+
U2
2
) 
(2)电子离开加速电场时速度为v0,则 eU1=
1
2
mv02 
电子在偏转电场中飞行时间t=
L
V0
距离
d
2
=
1
2
eU2
md
t2 
联立以上几式得L=d
2U1
U2
 
答:(1)电子穿出偏转电场时的动能EK为e(U1+
U2
2
);
(2)金属板的长度L等于d
2U1
U2
点评:本题是带电粒子在电场中加速和偏转问题,关键是分析电子运动情况.在偏转电场中质子做类平抛运动,采用运动的分解方法研究.
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