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(15分)如图(a)所示,真空室中电极K发出的电子(初速不计)经过U0=1000V的加速电场后,由小孔S沿两水平金属板A、B间的中心线射入,A、B板长l=0.20m,板间距离d=0.02m.加在A、B两板间的电压“随时间变化的u-t图线如图(b)所示.设A、B间的电场可看作是均匀的,且两板外无电场,在每个电子通过电场区域的极短时间内,电场可视作恒定的.两板右侧放一记录圆筒,筒的左侧边缘与极板右端距离b=0.15m,筒绕其竖直轴匀速转动,周期T=0.20s,筒的周长s=0.20m,筒能接收到通过A、B板的全部电子。

    (1)以t=0时(见图(b),此时u=0)电子打到圆筒记录纸上的点作为xy坐标系的原点,并取y轴竖直向上.试计算电子打到记录纸上的最高点的y坐标和x坐标(不计重力作用).

    (2)在给出的坐标纸(图(c))上定量地画出电子打到记录纸上的点形成的图线。

解析:(1)计算电子打到记录纸上的最高点的坐标设v0为电子沿A、B板的中心线射入电场时的初速度,则        ①

电子在中心线方向的运动为匀速运动,设电子穿过A、B板的时间为t0,

则 l=v0t0  ②
           
    电子在垂直A、B板方向的运动为匀加速直线运动。对于恰能穿过A、B板的电子,在它通过时加在两板间的电压uc应满足
                          ③
    联立①②③式解得   u0=(2d2)/(12)U0=20伏 
  此电子从A、B板射出时沿y方向的分速度为   vy =(eu0)/(md)t0   ④
  此后,此电子作匀速直线运动,它打在记录纸上的点最高,设纵坐标为y,由图(1)可得
    (y-d/2)/b=vy/v0       ⑤
  由以上各式解得    y=bd/l+d/2=2.5厘米     ⑥
  从题给的u-t图线可知,加于两板电压u的周期T0=0.10秒,u的最大值um=100伏,因为uc<um,
  在一个周期T0内,只有开始的一段时间间隔△t内有电子通过A、B板
           △t=(uc)/(um)T0       ⑦
  因为电子打在记录纸上的最高点不止一个,根据题中关于坐标原点与起始记录时刻的规定,第一个最高点的x坐标为  x1=(△t)T/s=2厘米    ⑧
  第二个最高点的x坐标为 x2=(△t+T0)/s=12厘米    ⑨
  第三个最高点的x坐标为
          x3=[(△t+2T0)/T]s=22厘米
  由于记录筒的周长为20厘米,所以第三个最高点已与第一个最高点重合,即电子打到记录纸上的最高点只有两个,它们的x坐标分别由⑧和⑨表示
  (2)电子打到记录纸上所形成的图线,如图(2)所示。
            
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源:新五星级题库高中物理 题型:038

如图(a)所示,真空室中电极K发出的电子(初速不计)经过U0=1000 V的加速电场后,由小孔S沿两水平金属板A、B间的中心线射入,A、B板长l=0.20 m,板间距离d=0.02 m.加在A、B两板问的电压“随时间变化的u-t图线如图(b)所示.设A、B间的电场可看作是均匀的,且两板外无电场,在每个电子通过电场区域的极短时间内,电场可视作恒定的.两板右侧放一记录圆筒,筒的左侧边缘与极板右端距离b=0.15 m,筒绕其竖直轴匀速转动,周期T=0.20 s,筒的周长s=0.20 m,筒能接收到通过A、B板的全部电子.

(1)以t-0时(见图(b),此时u=0)电子打到圆筒记录纸卜的点作为xy坐标系的原点,并取y轴竖直向上.试计算电子打到记录纸上的最高点的y坐标和x坐标(不计重力作用).

(2)在给出的坐标纸(图(c))上定量地画出电子打到记录纸上的点形成的图线.

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图(a)所示,真空中足够大的两个互相平行的金属板a和b之间的距离为d,两板之间的电压Uab=(Ua-Ub)按图(b)所示的规律做周期性变化,其变化周期为T。在t=0时刻,一带正电的粒子仅在该电场的作用下,由a板从静止出发,开始向b板运动,并于t=nT(n为自然数)时刻恰好到达b板,求:

(1)若该粒子在t=T时刻才开始从a板由静止出发,那么粒子经历同样长的时间,它将运动到距离a板多远的地方?

(2)若该粒子在t=T时刻才开始从a板由静止出发,粒子需经历多长时间才能到达b板?

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科目:高中物理 来源:福建省模拟题 题型:计算题

如图(a)所示,真空中相距d=5 cm的两块平行金属板A、B与电源相连接(图中未画出),其中B板接地(电势为零),A板电势变化的规律如图(b)所示。将一个质量m=2.0×1023 kg,电荷量q=+1.6×10-15 C的带电粒子从紧临B板处释放,不计重力。求:
(1)在t=0时刻释放该带电粒子,释放瞬间粒子加速度的大小;
(2)若A板电势变化周期T=1.0×10-5 s,在t=0时将带电粒子从紧临B板处无初速度释放,粒子到达A板时速度的大小。

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图(a)所示,真空室中电极K发出的电子(初速不计)经过U0=1000V的加速电场后,由小孔S沿两水平金属板A、B间的中心线射入,A、B板长l=0.20m,板间距离d=0.02m.加在A、B两板问的电压“随时间变化的u-t图线如图(b)所示.设A、B间的电场可看作是均匀的,且两板外无电场,在每个电子通过电场区域的极短时间内,电场可视作恒定的.两板右侧放一记录圆筒,筒的左侧边缘与极板右端距离b=0.15m,筒绕其竖直轴匀速转动,周期T=0.20s,筒的周长s=0.20m,筒能接收到通过A、B板的全部电子.(1)以t-0时(见图(b),此时u=0)电子打到圆筒记录纸卜的点作为xy坐标系的原点,并取y轴竖直向上.试计算电子打到记录纸上的最高点的y坐标和x坐标(不计重力作用).(2)在给出的坐标纸(图(c))上定量地画出电子打到记录纸上的点形成的图线.

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