两平行金属板间所加电压随时间变化的规律如图所示,大量质量为m、带电量为e的电子由静止开始经电压为U0的电场加速后连续不断地沿两平行金属板间的中线射入,若两板间距恰能使

◎ 题目

两平行金属板间所加电压随时间变化的规律如图所示,大量质量为m、带电量为e的电子由静止开始经电压为U0的电场加速后连续不断地沿两平行金属板间的中线射入,若两板间距恰能使所有子都能通过.且两极长度使每个电子通过两板均历时3t0,电子所受重力不计,试求:
(1)电子通过两板时侧向位移的最大值和最小值;
(2)侧向位移最大和最小的电子通过两板后的动能之比.
魔方格

◎ 答案

(1)电子在t=2 nt0(其中:n=0、1、2、…)时刻进入电场,电子通过两极的侧向位移最大,
在t=(2n+l)t0(其中n=0、l、2、…)时刻进入电场电子通过两板侧向位移最小.
电子侧向位移最大时,进入电场在沿电场线方向上作初速度为零的匀加速运动,
再作匀速运动,后作初速度不为零的匀加速运动,各段运动的时间均为t0
当电子侧向位移最小时,在电场线上只有在第二个t0的时间开始作初速度为零的匀加速运动,
在第三个t0的时间作匀速运动.电子进入偏转电场后,在电场中的加速度均为a=
eU0
md
,电子侧向最大位移为
ymax=
1
2
at02+at02+at02+
1
2
at02=3at02=
3eU0
t20
md
.  
解得:ymax=
d
2

由以上两式解得ymax=t0

6emU0
m

 d=2ymax=2t0

6emU0
m

电子侧向最小位移为ymin=at02/2+at02=
1
2
ymax=
1
2
t0

6emU0
m

解得:ymin=
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d
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