题目内容

如图所示,在y>0的空间中,存在沿y轴正方向的匀强电场E;在y<0的空间中,存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小也为E,一电子(-e,m)在y轴上的P(0,d)点以沿x轴正方向的初速度v0开始运动,不计电子重力,求:
(1)电子第一次经过x轴的坐标值;
(2)请在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹;
(3)电子在y方向上分别运动的周期;
(4)电子运动的轨迹与x轴的各个交点中,任意两个相邻交点间的距离.
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(1)在y>0空间中,沿x轴正方向以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀加速直线运动,设其加速度大小为a,则
a=
Ee
m

d=
1
2
at12
x1=v0t1
解得:t1=
2md
eE
,x1=v0
2md
eE

因此电子第一次经过x轴的坐标值为(v0
2md
eE
,0)
(2)电子轨迹如图所示.
在y<0空间中,沿x轴正方向仍以v0的速度做匀速直线运动,沿y轴负方向做匀减速直线运动,设其加速度大小也为a,由对称性可知:
电子在y轴方向速度减小为零时的时间t2=t1=
2md
eE

电子沿x轴方向移动的距离为x2=x1=v0
2md
eE

(3)电子在y轴方向的运动周期为T=2(t1+t2)=4
2md
eE

(4)电子运动轨迹在x轴上的任意两个相邻交点间的距离为
s=2x1=2v0
2md
eE

答:(1)电子第一次经过x轴的交点为(v0
2md
eE
,0);(2)轨迹如上图;(3)周期T为4
2md
eE
;(4)任意相临两交点的距离为2v0
2md
eE
.
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