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xOy平面的第一象限,存在以x轴、y轴及双曲线y=L24x的一

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xOy平面的第一象限,存在以x轴、y轴及双曲线y=
L2
4x
的一段(0≤x≤L,0≤y≤L)为边界的匀强电场区域Ⅰ;在第二象限存在以x=-L、x=-2L、y=0、y=L的匀强电场区域Ⅱ.两个电场大小均为E,不计电子所受重力,电子的电荷量为e,求:
(1)从电场区域Ⅰ的边界B点处由静止释放电子,电子离开MNPQ时的坐标;
(2)试证明在电场Ⅰ区域的AB曲线边界由静止释放的所有电子离开MNPQ时都从P点离开的
(3)由电场区域Ⅰ的AB曲线边界由静止释放电子离开P点的最小动能.
fly_zc 1年前 已收到1个回答 举报

可爱的溶溶 幼苗

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解题思路:(1)根据数学知识求出B点距离y轴的距离.由动能定理求出电子从B运动到C时的速度.电子离开第一象限电场后,先做匀速直线运动,进入第二象限电场后做类平抛运动:水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求出加速度,由位移公式求出水平位移.
(2)设从AB曲线边界处释放位置坐标为(x,y),再根据动能定理和类平抛运动的分解方法,根据牛顿第二定律求出加速度,由位移公式求出水平位移求出电子从第二象限射出电场的位置.
(3)设从AB曲线边界处释放位置坐标为(x,y),再根据动能定理和类平抛运动的分解方法,求出电子从第二象限射出电场的位置.对全过程应用动能定理,得到电子离开MNPQ时的动能与x的关系,由数学知识求出最小的动能.

(1)设电子的质量为m,电子在电场Ⅰ中做匀加速直线运动,出区域Ⅰ的速度为v0,接着在无电场区域匀速运动,此后进入电场Ⅱ,在电场Ⅱ中做类平抛运动,假设电子从NP边射出,出射点坐标为y1,由y=
L2
4x对于B点,y=L,则x=
L
4
由动能定理得 eE
L
4=
1
2m
v20
解得v0=

eEL
2m
设在电场Ⅱ中运动时间为t1,则有t1=
L
v0
电子在y方向的位移:L−y1=
1
2a
t21=
1
2
eE
m(
L
v0)2
解得y1=0
所以原假设成立,即电子离开MNPQ区域的位置坐标为(-2L,0)
(2)设释放点在电场区域Ⅰ中的坐标为(x,y).在电场Ⅰ中电子被加速,速度为v1时飞离电场Ⅰ,接着在无电场区域做匀速运动,然后进入电场Ⅱ做类平抛运动,并从NP边离开,运动时间为t2,偏转位移为y2,则有eEx=
1
2m
v21
y2=
1
2a
t22=
1
2
eE
m(
L
v1)2
解得:y2=
L2
4x
所以偏转位移为y2=y,电子将从P点射出.
所以原假设成立,即在电场Ⅰ区域的AB曲线边界由静止释放的所有电子离开MNPQ时都从P点离开
(3)由以上的分析可知,电子在两个电场中被加速,w=eEx+eEy
则从B到P由动能定理得eE(x+y)=Ek-0
又 y=
L2
4x
所以只有x=y

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;动能定理.

考点点评: 本题中电子先加速后偏转,基本方法是动能定理和运动的分解,难点在于数学知识的应用求极值和轨迹方程.

1年前

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