题目内容
(11分).如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。在Oxy平面的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场I和II,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计电子所受重力)。
(1)在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求电子离开ABCD区域的位置。
(2)在电场I区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置。
(3)若将左侧电场II整体水平向右移动L/n(n≥1),仍使电子从ABCD区域左下角D处离开(D不随电场移动),求在电场I区域内由静止释放电子的所有位置。
【答案】
(1)
(2)
.
【解析】(1)电子在I区域,由动能定理,得
(2分) ![]()
若电子恰能从D点打出来,则
(2分)
由于
,∴电子一定能从CD边打出来
(2分)
电子离开时坐标为
(1分)
(2)设电子释放时的坐标为![]()
(6分)
(1分)
∴释放电子时的坐标应满足的关系为
.
本题考查带电粒子在电场中的偏转,电子电子在I区域,只有电场力做功,由动能定理可求得获得的速度,若电子恰能从D点打出来,由水平方向匀速运动和沿电场线方向匀加速直线运动,可求得在D点时速度大小,由此可判断粒子能离开电场,由水平和竖直方向的运动位移可求得飞出时的坐标,在求电子释放时的坐标时,根据电场力做功获得平抛运动的初速度,根据类平抛运动公式,可求得水平位移和竖直位移的关系式
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