在真空中速度为v=6.4×107m/s的电子束连续射入两平行板间,如图所示,极板长度L=8.0×10-2m间距d=5.0

在真空中速度为v=6.4×107m/s的电子束连续射入两平行板间,如图所示,极板长度L=8.0×10-2m间距d=5.0×10-2m,两极板不带电时,电子将沿极板间的中线通过,在极板上加一个50Hz的交变电压u=U0sinωt,如果所加电压的最大值U0超过某值UC时,电子束将有时能通过两极板,有时间断而不能通过(电子电荷量e=1.6×10-19C,电子质量m=9.1×10-31kg).求:
(1)Uc的大小为多少;
(2)求U0为何值时,才能使通过与间断的时间之比△t1:△t2=2:1.
nyistwind 1年前 已收到1个回答 举报

我的天空好 幼苗

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解题思路:(1)电子飞出电场的时间t=[L/v]=1.25×10-9s,交变电压的周期T=0.02s,t远小于T,可近似认为一个电子在两板间运动期间,电场来不及发生变化,因此就一个电子来说,它相当于穿过一个恒定的电场.建立了这样的理想化模型:某个电子在匀强电场中做类平抛运动.当电子恰好从飞出电场时,偏转距离等于[d/2],根据牛顿第二定律和运动学公式求出Uc的大小;
(2)使电子通过的时间t1跟间断的时间t2之比为t1:t2=2:1,对于按正弦规律变化的交变电压可由数学知识结合画图得到,电压大于UC的时间为[1/6]周期才能满足条件,由数学知识求出U0

(1)电子沿平行板的方向做匀速运动,通过平行板的时间t=[L/v]=
8.0×10−2
6.4×107s=1.25×10-9s,交变电流的周期T=10-2s,由于t≤T,可认为电子在通过平行板时板间的电压和场强是稳定不变的,每个能通过平行板的电子均做类平抛运动.
水平方向匀速运动L=vt
竖直方向匀加速运动a=[F/m]=
eU0
md
电子束不能通过平行板时有y=[1/2at2≥
d
2]
由以上三式得:U0
mv2d2
eL2=91V;
(2)对于按正弦规律变化的交变电压可由数学知识结合画图得到,电压大于U0的时间为六分之一周期才能满足条件,即U0=Umaxsinωt=Umaxsin[π/3].
所以Umax=
U0
sin
π
3≈105V
答:
(1)Uc的大小为91V;
(2)U0为105V时,才能使通过与间断的时间之比△t1:△t2=2:1.

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 本题考查挖掘理想化条件构建物理模型的能力,不要被交变电压迷惑,本题实质上与是带电粒子在恒定电场中运动一样,是类平抛运动的类型,要熟练运用运动的分解法处理.第(2)问还考查应用数学知识解决物理问题的能力.

1年前

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