题目内容
示波器的核心部分为示波管，如图中甲所示，真空室中电极K发出电子（初速不计），经过电压为U1的加速电场后，由小孔S沿水平金属板A、B间的中心线射入板中．板长L，相距为d，在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压，前半个周期内B板的电势高于A板的电势，电场全部集中在两板之间，且分布均匀．在每个电子通过极板的极短时间内，电场可看作恒定的．在两极板右侧且与极板右端相距D处有一个与两板中心线垂直的荧光屏，中心线正好与屏上坐标原点相交．当第一个电子到达坐标原点O时，使屏以速度v沿-x方向运动，每经过一定的时间后，在一个极短时间内它又跳回到初始位置，然后重新做同样的匀速运动． （已知电子的质量为m，带电量为e，不计电子重力）．求：（1）电子进入A、B板时的初速度；
（2）要使所有的电子都能打在荧光屏上，图乙中电压的最大值U需满足什么条件？
（3）要使荧光屏上始终显示一个完整的波形，荧光屏必须每隔多长时间回到初始位置？计算这个波形的峰值和长度．在如图丙所示的x-y坐标系中画出这个波形．
【答案】分析：（1）根据动能定理求电子加速后的速度，即进入A、B板时的初速度；
（2）电子射入A、B板间，电场可看作恒定的，电子做类平抛运动，离开电场后做匀速直线运动，当偏转电压最大时粒子能打在屏上则所有电子都可以打在屏上，此时电场中偏转距离等于
．根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解电压的最大值U需要满足的条件；
（3）要保持一个完整波形，需每隔周期T回到初始位置．根据偏转距离和偏转角度的表达式，求出电子离开电场时速度的延长线与初速度延长线交点的位置，运用三角形相似法，求出电子在荧光屏上最大偏转距离，即得到波形的峰值．波形长度为x1=vT，再画出波形图．
解答：解：（1）电子在加速电场中运动，据动能定理有：
，得 
．
（2）因为每个电子在板A、B间运动时，电场可看作恒定的，故电子在板A、B间做类平抛运动，在两板之外做匀速直线运动打在屏上．
在板A、B间沿水平方向运动时有 L=vlt
竖直方向有 y′=
at 2，且a=
联立解得电子通过电场后偏转距离为 y′=
设偏转电压最大值为U，则 ym′=
＜
得 U＜
（3）要保持一个完整波形，需每隔周期T回到初始位置．
设某个电子运动轨迹如图2所示，有 tanθ=
=
=
，
又知 y′=
，联立得L′=
由相似三角形的性质得
则峰值
．
波形长度为x1=v T 波形如图3所示
答；
（1）电子进入A、B板时的初速度为
；
（2）要使所有的电子都能打在荧光屏上，图乙中电压的最大值U需满足U＜
．
（3）要保持一个完整波形，需每隔周期T回到初始位置．波形如图3所示．
点评：带电粒子在电场中的运动，在近几年高考考查中频率较高，多次出现带电粒子在交变电场中运动的题目，纵观这些题目，所涉及的情景基本相同，但命题往往拟定不同的题设条件，多角度提出问题，多层次考查能力．解决这类问题要从受力分析入手，分清各个物理过程，弄清带电粒子运动情境，应用力学规律，借助图象，定性分析、定量讨论，并注意思维方法和技巧的灵活运用．
（2）电子射入A、B板间，电场可看作恒定的，电子做类平抛运动，离开电场后做匀速直线运动，当偏转电压最大时粒子能打在屏上则所有电子都可以打在屏上，此时电场中偏转距离等于
．根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解电压的最大值U需要满足的条件；（3）要保持一个完整波形，需每隔周期T回到初始位置．根据偏转距离和偏转角度的表达式，求出电子离开电场时速度的延长线与初速度延长线交点的位置，运用三角形相似法，求出电子在荧光屏上最大偏转距离，即得到波形的峰值．波形长度为x1=vT，再画出波形图．
解答：解：（1）电子在加速电场中运动，据动能定理有：
，得 ．（2）因为每个电子在板A、B间运动时，电场可看作恒定的，故电子在板A、B间做类平抛运动，在两板之外做匀速直线运动打在屏上．
在板A、B间沿水平方向运动时有 L=vlt
竖直方向有 y′=
at 2，且a= 联立解得电子通过电场后偏转距离为 y′=
设偏转电压最大值为U，则 ym′=
＜ 得 U＜
（3）要保持一个完整波形，需每隔周期T回到初始位置．
设某个电子运动轨迹如图2所示，有 tanθ=
==，又知 y′=
，联立得L′=由相似三角形的性质得
则峰值
．波形长度为x1=v T 波形如图3所示
答；
（1）电子进入A、B板时的初速度为
；（2）要使所有的电子都能打在荧光屏上，图乙中电压的最大值U需满足U＜
．（3）要保持一个完整波形，需每隔周期T回到初始位置．波形如图3所示．
点评：带电粒子在电场中的运动，在近几年高考考查中频率较高，多次出现带电粒子在交变电场中运动的题目，纵观这些题目，所涉及的情景基本相同，但命题往往拟定不同的题设条件，多角度提出问题，多层次考查能力．解决这类问题要从受力分析入手，分清各个物理过程，弄清带电粒子运动情境，应用力学规律，借助图象，定性分析、定量讨论，并注意思维方法和技巧的灵活运用．
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