题目内容
【题目】如图甲所示,平行金属板AB的右端安放着垂直于金属板,长为d的靶MN,现在AB板上加上如图乙所示的方波形电压,t=0时A板比B板的电势高,正反向电压大小均为U0,今有带正电的粒子束以相同的初速度,从AB板的正中间沿OO′方向持续射入偏转电场中,已知所有进入偏转电场的粒子都能打在金属靶MN上,粒子在AB间的飞行时间为2T,偏转金属板AB的板长为L,其板间的距离为d,电场可看成匀强电场,每个粒子的电荷量为q,质量为m,粒子的重力忽略不计,试求:
(1)t=0时射入偏转电场的粒子击中靶MN时的速度大小v;
(2)
时射入偏转电场的粒子打在靶MN上的点到中心O′点的距离y;
(3)要使粒子能全部打在靶MN上,电压U0的数值应满足的条件(写出U0、m、d、q,T的关系式即可)
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【答案】(1)
(2)
(3)![]()
【解析】
(1)
时射入的粒子,粒子在电场力作用下先向
板运动
,再向
板运动
。由对称关系可知,经过时间
,粒子侧向速度为零 。中靶时速度大小
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(2)电场强度为
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粒子偏转电场中受到的电场力为
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根据牛顿第二定律
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联立以上公式得粒子偏转电场中运动的加速度大小
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时射入的粒子,
在竖直方向是初速度为零的匀加速直线运动,
在竖直方向是匀减速直线运动,减速到0,
在竖直方向是初速度为零的匀加速直线运动,
在竖直方向是匀减速直线运动,减速到0,故
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且有
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解得
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(3)当粒子由
(n=0、1、2、3……)
时刻进入电场,向上侧向位移最大
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当粒子由
(n=0、1、2、3……)
时刻进入电场,向下侧向位移最大
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在距靶
的中心
点上、下方均为
范围内有粒子击中,则
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解得
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