从阴极K发射的电子(电荷量为e=1.60×10-19C, 质量约为m=1×10-30Kg), 经电势差U0=5 000 V的阳极加速后,沿平行于板面的方向从中央射入两块长L1=10cm、间距d=4cm的平行金属板A、B之间,在离金属板边缘L2=75cm处放置一个直径D=20cm、带有记录纸的圆筒.整个装置放在真空内,电子发射的初速度不计.若在两金属板上加以U2=1000cos2πt V的交变电压,并使圆筒绕中心轴如图所示方向以n=2 r/s匀速转动,
试求:(1)电子进入偏转电场的初速度v0。
(2)电子在纸筒上的最大偏转距离
(3)确定电子在记录纸上的轨迹形状并画出1 s内所记录到的图形.
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(1)对电子的加速过程,由动能定理得:eU0=
mv![]()
得电子加速后的速度:v0=
=4.0×107 m/s
(6分)(2)电子进入偏转电场后,由于在其中运动的时间极短,可以忽
略运动期间偏转电压的变化,认为电场是稳定的,因此电子做类平
抛的运动.如右图所示.
交流电压在A、B两板间产生的电场强度
E=
=2.5×104cos 2πt V/m
电子飞离金属板时的偏转距离
y1=
at12=![]()
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电子飞离金属板时的竖直速度
vy=at1=![]()
电子从飞离金属板到到达圆筒时的偏转距离
y2=vyt2=![]()
所以在纸筒上的落点对入射方向的总偏转距离为
ym=y1+y2=(![]()
(3分)(3)yt=0.2cos 2πt m
可见,在记录纸上的点在竖直方向上以振幅0.20 m、周期T=1 s做简谐运动.因为圆筒每秒转2周,故转一周在纸上留下的是前半个余弦图形,接着的一周中,留下后半个图形,合起来1 s内,记录在纸上的图形如右图所示.
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(09年湘西南名校联考)(16分)从阴极K发射的电子经电势差U0=4500V的阳极加速后,沿平行于板面的方向从中央射入两块长L1=10cm,间距d=4cm的平行金属板AB之后,在离金属板边缘L2=75cm处放置一个直径D=20cm的带有记录纸的圆筒(如图所示),
整个装置放在真空内,电子发射的初速度不计。已知电子质量m=0.9×10-30 kg。
(1)若在两金属板上加上U1=1000V的直流电压(
A>
B),为使电子沿入射方向做匀速直线运动,应加怎样的磁场?
(2)若在两金属板上加上U2=1000cos2πt(V)的交流电压,并使圆筒绕中心轴按图示方向以
=4πrad/s的角速度匀速转动
,确定电子在记录纸上的轨迹形状并画出1s钟内所记录的图形。(要求算出记录纸上的最大偏移距离)
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