Question

【题目】“电子能量分析器”主要由处于真空中的电子偏转器和探测板组成．偏转器是由两个相互绝缘、半径分别为RA和RB的同心圆金属半球面A和B构成，A、B为电势值不等的等势面，其过球心的截面如图所示．一束电荷量为e、质量为m的电子以不同的动能从偏转器左端M的正中间小孔垂直入射，进入偏转电场区域，最后到达偏转器右端的探测板N，其中动能为Ek0的电子沿等势面C做匀速圆周运动到达N板的正中间．忽略电场的边缘效应．

（1）判断球面A、B的电势高低，并说明理由；

（2）求等势面C所在处电场强度E的大小；

（3）若半球面A、B和等势面C的电势分别为φA、φB和φC，则到达N板左、右边缘处的电子，经过偏转电场前、后的动能改变量ΔEK左和ΔEK右分别为多少？

（4）比较|ΔEK左|和|ΔEK右|的大小，并说明理由．

Answer 1

【答案】（1）

（2）

（3）对于到达N板左边缘的电子，电场力做正功，动能增加，有：

对到达N板右边缘的电子，电场力做负功，动能减小，有

（4）

【解析】

（1）根据题中所述电子做匀速圆周运动，可知，电场力指向球心，电场方向由B指向A．沿电场线电势逐渐降低，B板电势高于A板，即．

（2）电子在电场力作用下做圆周运动，考虑到圆轨道上的电场强度E大小相同，有：

，电子动能为=，其中半径R=，根据向心力公式：Ee=

联立得：.

（3）电子运动过程中只收电场力，根据动能定理：

对于到达N板左边缘的电子，电场力做正功，动能增加，有：

对到达N板右边缘的电子，电场力做负功，动能减小，有

（4）由题意可知，电场线以O点为中心向外成辐射状，且电场线越密场强越强．根据电场线特点，

等势面B与C之间的电场强度大于C与A之间的电场强度，考虑到等势面间距相等，有

, 即：