题目内容


如下图所示,真空中两水平放置的平行金属板AB相距为d,板长为L,今在AB两板间加一如下图所示的周期性变化的交变电压从t=0时刻开始,一束初速度均为v0的电子流沿AB两板间的中线从左端连续不断地水平射入板间的电场,要想使电子束都能从AB右端水平射出,则所加交变电压的周期T和所加电压U0的大小应满足什么条件?


【命题立意】考查带电粒子在交变电场中的运动。

【思路点拨】结合运动图象,根据粒子在竖直方向周期性运动的特点和竖直位移的临界条件,列出与位移、加速电压和电场变化周期均有关的方程。

【答案】U0n=1、2、……)

【解析】根据题意可知,电子在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做变速直线运动,可画出电子在竖直方向上的速度一时间(vyt)图线,如右图所示,因电子进入板间电场和出离板间电场时,其竖直分速度均为零,所以电子在电场中的运行时间t必为交变电压周期T的整数倍:

t=nT n=1、2、……) (2分)

(1分)

   (n=1、2、……) (1分)

对于在k=0、1、2、……)时刻射入的电子,根据vyt图知,其出离板间电场时侧向位移最大,故只需考虑这些时刻射入的电子满足的条件。对这些时刻射入的电子,在一个周期内侧向位移(即vyt图中所画阴影部分的面积)为: (3分)

t=nT内,总侧移y=ny,当y时,电子均可飞出板间电场,即: (2分)

解得:U0n=1、2、……) (1分)


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