Question

9．真空室中有如圖甲所示的裝置，電極K持續(xù)發(fā)出的電子（初速度不計(jì)）經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后，從小孔O沿水平放置的偏轉(zhuǎn)極板M、N的中心軸線射入．M、N板長(zhǎng)均為L(zhǎng)=0.20m，間距為d=0.05m，偏轉(zhuǎn)極板右邊緣到熒光屏P（足夠大）的距離為S=0.10m．若加速電壓U₁隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示，電子加速時(shí)間極短，可認(rèn)為加速時(shí)電壓不變，不計(jì)電子重力．當(dāng)板間所加電壓為某一值時(shí)，電子打到熒光屏上只有一個(gè)點(diǎn)．求：

（1）U₂的大小；
（2）看到屏幕上的該點(diǎn)距中心點(diǎn)O'的距離．

Answer 1

分析 （1）電子打到熒光屏上只有一個(gè)點(diǎn)，只有加速電壓最大時(shí)的電子能打在熒光屏上，電子在加速電場(chǎng)中加速，在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用動(dòng)能定理與類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析答題．
（2）電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律與平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以求出偏移量．

解答 解：（1）由圖乙所示可知，最大加速電壓：U_1m=1000V，
電子在加速電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得：eU_1m=$\frac{1}{2}$mv₀²-0，
電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向：t₁=$\frac{L}{{v}_{0}}$，
豎直方向：$\fracs2zbpw2{2}$=$\frac{1}{2}$at₁²=$\frac{1}{2}$•$\frac{e{U}_{2}}{md}$•t₁²，
解得：U₂=$\frac{2{U}_{1m}ywv5cx2^{2}}{{L}^{2}}$=$\frac{2×1000×0.0{5}^{2}}{0.2{0}^{2}}$=125V；
（2）電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向：t₁=$\frac{L}{{v}_{0}}$，
豎直分速度：v_y=at₁=$\frac{e{U}_{2}}{md}$•t₁，
電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，
水平方向：t₂=$\frac{S}{{v}_{0}}$，
豎直方向：y₂=v_yt₂，
解得：y₂=$\frac{{U}_{2}LS}{2{U}_{1m}d}$=$\frac{125×0.20×0.10}{2×1000×0.05}$=0.025m，
看到屏幕上的該點(diǎn)距中心點(diǎn)O′的距離：
Y=$\fracsmi7pu7{2}$+y₂=$\frac{0.05}{2}$+0.025=0.05m；
答：（1）U₂的大小為125V．
（2）看到屏幕上的該點(diǎn)距中心點(diǎn)O′的距離為0.05m．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，電子在加速電場(chǎng)中加速、在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，分析清楚電子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是解題的前提與關(guān)鍵，應(yīng)用動(dòng)能定理、牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可以解題．