Question

17．如圖所示，由靜止開始被電場（加速電壓為U₁）加速的帶電粒子平行于兩正對的平行金屬板且從兩板正中間射入，從右側(cè)射出，設(shè)在此過程中帶電粒子沒有碰到兩極板．若金屬板長為L，板間距離為d、兩板間電壓為U₂．
求（1）粒子穿越加速電場獲得的速度v₁
（2）粒子在偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生的側(cè)位移y
（3）粒子射出偏轉(zhuǎn)電場時的速度v₂．

Answer 1

分析 （1）由動能定理可求得加速穿過加速電場速度
（2）由水平方向的勻速直線運動規(guī)律可求得穿越偏轉(zhuǎn)電場的時間，由沿電場線的勻加速直線運動規(guī)律可求得側(cè)移距離；
（3）分別求出水平速度和沿電場的速度，由速度的合成

解答 解：（1）設(shè)電子被加速后速度大小為v₀，對于電子在加速電場中由動能定理得：
qU₁=$\frac{1}{2}{mv}_{0}^{2}$①
所以v₀=$\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}}$②
（2）在偏轉(zhuǎn)電場中，由電子做類平拋運動，設(shè)加速度為a，極板長度為L，由于電子恰好射出電場，所以有：
L=v₀t ④
解得：t=$\frac{L}{{v}_{0}}$；
粒子穿越偏轉(zhuǎn)電場時沿電場方向的加速度a：
帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場中運動時沿電場方向的加速度a=$\frac{F′}{m}=\frac{q{U}_{2}}{md}$
帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場中運動時沿電場方向作初速度為0的做勻加速直線運動y=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$=$\frac{{U}_{2}{L}^{2}}{4{U}_{1}d}$
（3）帶電粒子離開電場時沿電場方向的速度為v_y，則v_y=at
合速度為$v=\sqrt{{v}_{y}^{2}{+v}_{0}^{2}}=\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}+\frac{{U}_{2}^{2}{L}^{2}}{2ma0tk7jh^{2}{U}_{1}}}$
答：（1）粒子穿越加速電場獲得的速度v₁為$\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}}$
（2）粒子在偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生的側(cè)位移y為$\frac{{U}_{2}{L}^{2}}{4{U}_{1}d}$
（3）粒子射出偏轉(zhuǎn)電場時的速度v₂為$\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}+\frac{{U}_{2}^{2}{L}^{2}}{2mv7shoea^{2}{U}_{1}}}$

點評 電子先在加速電場中做勻加速直線運動，利用動能定理求的速度，后在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運動，水平方向做勻速運動，豎直方向初速度為零的勻加速度運動，根據(jù)電子的運動的規(guī)律逐個分析即可