如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在Oxy平面的第一象限,存在以x轴y轴及双曲线y=L24x的一段

如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在Oxy平面的第一象限,存在以x轴y轴及双曲线y=
L2
4x
的一段(0≤x≤L,0≤y≤L)为边界的匀强电场I;在第二象限存在以x=-L; x=-2L;y=0;y=L的匀强电场II.两个电场大小均为E,不计电子所受重力.求:
(1)从电场I的边界B点处由静止释放电子,电子离开MNPQ时的位置;
(2)由电场I的AB曲线边界处由静止释放电子离开MNPQ时的最小动能.
vc001v 1年前 已收到1个回答 举报

xubin1986 幼苗

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解题思路:(1)根据数学知识求出B点距离y轴的距离.由动能定理求出电子从B运动到C时的速度.电子离开第一象限电场后,先做匀速直线运动,进入第二象限电场后做类平抛运动:水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求出加速度,由位移公式求出水平位移.
(2)设从AB曲线边界处释放位置坐标为(x,y),再根据动能定理和类平抛运动的分解方法,求出电子从第二象限射出电场的位置.对全过程应用动能定理,得到电子离开MNPQ时的动能与x的关系,由数学知识求出最小的动能.

(1)由题,B点纵坐标yB=L,根据双曲线方程y=
L2
4x得到,横坐标xB=[L/4]
电子从B运动到C过程,根据动能定理得:eE[L/4]=[1/2]mv2,电子在MNPQ区域做类平抛运动,有:
水平方向:s=vt,
竖直方向:L=[1/2]at2,a=[eE/m]
解得s=L,即电子从P点射出.
(2)设释放位置坐标为(x,y),
由动能定理得:eEx=[1/2]mv2
电子做类平抛运动:
水平方向:s=vt,
竖直方向:y=[1/2]at2=[eE/2m]t2
解得:y=
s2
4x,
已知:y=
L2
4x,
解得:s=L;
即所有从边界AB上静止释放的电子均从P点射出.从边界AB出发到P点射出的全过程,由动能定理得:
Ek=eE(x+y),已知y=
L2
4x,
解得:Ek=eE(x+
L2
4x),
根据数学知识得知,当x=y=[L/2]时,动能Ek有最小值为:
Ekmin=eEL;
答:(1)从电场I的边界B点处由静止释放电子,电子从P点射出.
(2)由电场I的AB曲线边界处由静止释放电子离开MNPQ时的最小动能是eEL.

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;动能定理的应用.

考点点评: 本题中电子先加速后偏转,基本方法是动能定理和运动的分解,难点在于数学知识的应用求极值和轨迹方程.

1年前

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