Question

如圖13（甲）所示，A、B是在真空中平行正對放置的金屬板，在兩板間加上電壓后，它們之間的電場可視為勻強(qiáng)電場。A、B兩極板間距離d=10cm。在A、B兩極板上加如圖13（乙）所示的交變電壓，t=0時，A板電勢比B板電勢高，電勢差U₀=2000V。一個比荷q/m=1.0×10⁷C/kg的帶負(fù)電的粒子在t=0時從B板附近由靜止開始運(yùn)動，不計粒子所受重力。

（1）若要粒子撞擊A板時具有最大速率，則兩極板間所加交變電壓的頻率最大不能超過多少？

（2）如果其它條件都保持不變，只是使交變電壓的頻率在上述最大頻率的基礎(chǔ)上再逐漸變大，定性畫出粒子撞擊A板時的速率v與頻率f的關(guān)系圖象。這個圖象上將出現(xiàn)一系列的極值，求出所有這些極值點的坐標(biāo)值。

Answer 1

（1）要使粒子以最大的速度打到A板上，則要求帶電粒子在兩板間的運(yùn)動過程中始終處于加速狀態(tài)……（1分）

粒子在兩板間運(yùn)動的加速度a=………（1分）

設(shè)最小周期為T_min，則有 d=a……（1分）

解得最大頻率f_max==5×10⁵Hz

…………………………………………………（1分）

即兩極板間所加交變電壓的頻率最大不能超過5×10⁵Hz………………………（1分）

（2）如圖答-5所示……………………………………………………………………（3分）

[說明：圖中曲線弧度不規(guī)范可不扣分，只要各極值點的坐標(biāo)值正確即可給分]

若帶電粒子經(jīng)歷周期的整數(shù)倍達(dá)到A板，則速度最小v_min=0，此時應(yīng)有

d=n·2·，

解得……………………（2分）

若帶電粒子經(jīng)歷半周期的奇數(shù)倍到達(dá)A板，則速度最大，此時應(yīng)有

d=（2n+1）·，

解得

即當(dāng)時，速率為極大值，且有

…………………………（2分）