题目内容

如图所示,质量为m、带电荷量为q的粒子,以初速度v0沿偏转电场的中心线射入,极板间距为d,极板长为l,偏转电场所加电压为U,射出后打在距极板右端L远处的竖直荧光屏上,求打在荧光屏上的亮斑距荧光屏中心(荧光屏中心与偏转电场两极板的中心线在同一水平直线上)的距离y′.
带电粒子在电场中偏转时在水平方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为0的匀加速直线运动,根据类平抛知识可知:
带电粒子在电场中运动的时间t=
l
v0

带电粒子在电场中的加速度a=
F
m
=
qE
m
=
qU
md

所以粒子在电场方向上偏转的位移y1=
1
2
at2
=
1
2
qU
md
(
l
v0
)2

带电粒子离开电场后,做匀速直线运动,其水平分速度为v0,竖直分速度为vy=at=
qUl
mdv0

带电粒从离开偏转电场到粒子打在屏上经历的时间t2=
L
v0
,粒子偏转方向的位移y2=vyt=
qUl
mdv0
?
L
v0
=
qUlL
md
v20

所以粒子打在屏上偏转的总位移y′=y1+y2=
qUl2
2md
v20
+
qUlL
md
v20
=
qlU
md
v20
(L+
l
2
)

答:带电粒子打在荧光屏上的亮斑距荧光屏中心(荧光屏中心与偏转电场两极板的中心线在同一水平直线上)的距离y′=
qlU
md
v20
(L+
l
2
)
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