题目内容

如图所示,一个质量为m、带电量为q的粒子,由静止开始,先经过电压为U1的电场加速后,再垂直于场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中.两金属板板长为l,间距为d,板间电压为U2,求:粒子射出两金属板间时偏转的距离y和偏转的角度φ.
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(1)在加速电场中,电场力做功等于粒子动能的变化故有:
qU1=
1
2
mv2-0

粒子加速后的速度v=
2qU1
m

粒子进入平行板后,在垂直电场方向不受作用力,粒子将以速度v做匀速直线运动,
垂直电场方向位移l=vt        ①
平行电场方向粒子做初速度为0的匀加速直线运动,粒子受力F=q
U2
d
,粒子的加速度a=
F
m
=
qU2
dm

由①得:t=
l
v
=
l
2qU1
m
=l
m
2qU1
       
则平行电场方向偏转位移y=
1
2
at2
=
1
2
×
qU2
dm
×(l
m
2qU1
)2
=
U2l2
4U1d

(2)如图所示:

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v垂直=v=
2qU1
m
v平行=at=
qU2
dm
×l
m
2qU1

粒子射出电场时偏转角度的正切值:tanφ=
v平行
v垂直
=
qU2
dm
×l×
m
2qU1
2qU1
m
=
qU2l
dm
×
m
2qU1
=
U2l
2U1d

所以粒子射出电场时偏的角度φ=arctan
U2l
2U1d
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