题目内容
【题目】如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出。已知电子质量为m,电荷量为e,加速电场电压为U0,偏转电场可看做匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,板间距为d。
(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离Δy;
(2)分析物理量的数量级,是解决物理问题的常用方法.在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因。已知U=2.0×102 V,d=4.0×10-2 m,m=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,g=10 m/s2。
(3)极板间既有静电场也有重力场.电势反映了静电场各点的能的性质,请写出电势φ的定义式。类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势”φG的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点。
【答案】(1); (2)略 (3)略
【解析】(1)根据功和能的关系,有eU0=m
电子射入偏转电场的初速度v0=
在偏转电场中,电子的运动时间Δt==L
偏转距离Δy=a(Δt)2=
(2)考虑电子所受重力和电场力的数量级,有
重力G=mg~10-29 N
电场力F=~10-15 N
由于FG,因此不需要考虑电子所受重力
(3)电场中某点电势φ定义为电荷在该点的电势能Ep与其电荷量q的比值,
即φ=
由于重力做功与路径无关,可以类比静电场电势的定义,将重力场中物体在某点的重力势能EG与其质量m的比值,叫作“重力势”,即φG=
电势φ和重力势φG都是反映场的能的性质的物理量,仅由场自身的因素决定
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