题目内容

10.?种测定电??荷的实验装置如图所?,真空玻璃管内,阴极发出的电?经阳极A与阴极K之间的?电压加速后,形成极细的电?流,沿图?虚线?向进?两极板C、D间的区域,两极板C、D间?磁场 和电场时,电?将打在荧光屏上的O点;已知C、D两极板长为l,间距为d,假定能从C、D间的区域 射出的电??定能打到荧光屏上,则:
(1)若两极板间先施加电压U1 恰好使荧光屏上?亮点,再加垂直纸?的匀强磁场 B1 使电?重新打到 O点,求电??荷;
(2)若两极板间先加垂直纸?的匀强磁场B2 恰好使荧光屏上?亮点,再在两极板间施加电压U2 使电?重新打到O点,求电??荷.

分析 (1)只加电场时,电子做类平抛运动,切得电子竖直位移的表达式;再加磁场时受力平衡,将两式联立即可求解比荷;
(2)先加磁场时,电子做圆周运动,由几何关系得到半径,再得到向心力的表达式;再加电场时受力平衡,将两式联立即可求解比荷.

解答 解:(1)两极板间先施加电压U1 恰好使荧光屏上?亮点,则电子打在极板右边界上;
设电子经过高压加速后的速度为v,那么电子进入两极板后做类平抛运动,则有:$\frac{1}{2}d=\frac{1}{2}a{t}^{2}=\frac{1}{2}×\frac{{U}_{1}e}{md}×(\frac{l}{v})^{2}$;
再加垂直纸?的匀强磁场 B1 使电?重新打到 O点,则粒子离开两极板时的速度方向为水平方向,所以,电子在两极板间受力平衡,则有:${B}_{1}ve=\frac{{U}_{1}}{d}e$;
所以,电??荷$\frac{e}{m}=\frac{{d}^{2}}{{U}_{1}}(\frac{v}{l})^{2}=\frac{{d}^{2}}{{U}_{1}{l}^{2}}•(\frac{{U}_{1}}{{B}_{1}d})^{2}=\frac{{U}_{1}}{{{B}_{1}}^{2}{l}^{2}}$;
(2)若两极板间先加垂直纸?的匀强磁场B2 恰好使荧光屏上?亮点,则电子打在极板右边界上;
那么设电子做圆周运动的半径为R,则有${R}^{2}={l}^{2}+(R-\frac{1}{2}d)^{2}$,所以,$R=\frac{{l}^{2}+\frac{1}{4}{d}^{2}}{d}$;
又有电子做圆周运动,洛伦兹力做向心力,所以,${B}_{2}ve=\frac{m{v}^{2}}{R}$;
在两极板间施加电压U2 使电?重新打到O点,则粒子离开两极板时的速度方向为水平方向,所以,电子在两极板间受力平衡,则有:${B}_{2}ve=\frac{{U}_{2}}{d}e$;
所以,电子比荷$\frac{e}{m}=\frac{v}{{B}_{2}R}=\frac{\frac{{U}_{2}}{{B}_{2}d}}{{B}_{2}R}$=$\frac{{U}_{2}}{{{B}_{2}}^{2}({l}^{2}+\frac{1}{4}{d}^{2})}$;
答:(1)若两极板间先施加电压U1 恰好使荧光屏上?亮点,再加垂直纸?的匀强磁场 B1 使电?重新打到 O点,则电??荷为$\frac{{U}_{1}}{{{B}_{1}}^{2}{l}^{2}}$;
(2)若两极板间先加垂直纸?的匀强磁场B2 恰好使荧光屏上?亮点,再在两极板间施加电压U2 使电?重新打到O点,则电??荷为$\frac{{U}_{2}}{{{B}_{2}}^{2}({l}^{2}+\frac{1}{4}{d}^{2})}$.

点评 带电粒子的运动问题,先分析带电粒子的受力情况,然后由牛顿第二定律求得加速度,进而和运动状态联系起来,再根据几何关系即可求解.

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