题目内容

现代测量电子荷质比e/m的方法之一是双电容法,装置如图所示.在真空管中由阴极发射出电子,其初速可以忽略不计.电子被阴极K和阳极A间的电场加速后穿过屏障上的小孔,然后顺序穿过电容器、屏障上的小孔和第二个电容器而射到荧光屏F上.阳极与阴极间的电势差为U.在之间加有频率为f的完全相同的交流电压,之间的距离为L.选择频率f使电子束在荧光屏上的亮点不发生偏转,试证明电子的荷质比为.其中n为正整数.

答案:
解析:

这是一个以精准测量电子荷质为背景而编制的科技物理综合问题,此题向学生展示了现代测量电子荷质比的创新技术和方法。由于电子通过电容器的时间极短,在此极短时间内可以认为加在C1、C2上的交变电压值不变,因而,要使电子通过两电容器时不发生偏转,电容器两极间的电压应为零,电子通过两电容器的时间t=L/V满足:
      L/V=n/2f ……(1)
  (1)中n=1,2……,电子经过K、A间电场加速,获得的速度V满足:
      eU =mV2/2 ……(2)
  由(1)、(2)得:  e/m=2f2L2/n2U。


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