Question

【題目】如圖所示，M、N為豎直放置的平行金屬板，兩板間所加電壓為U0，S1、S2為板上正對的小孔。金屬板P和Q水平放置在N板右側，關于小孔S1、S2所在直線對稱，兩板的長度和兩板間的距離均為l；距金屬板P和Q右邊緣l處有一熒光屏，熒光屏垂直于金屬板P和Q；取屏上與S1、S2共線的O點為原點，向上為正方向建立x軸。M板左側電子槍發(fā)射出的電子經(jīng)小孔S1進入M、N兩板間。電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度可以忽略。不計電子重力和電子之間的相互作用。

（1）求電子到達小孔S2時的速度大小v；

（2）若板P、Q間只存在垂直于紙面向外的勻強磁場，電子剛好經(jīng)過P板的右邊緣后，打在熒光屏上。求磁場的磁感應強度大小B和電子打在熒光屏上的位置坐標x；

（3）若金屬板P和Q間只存在電場，P、Q兩板間電壓u隨時間t的變化關系如圖所示，單位時間內(nèi)從小孔S1進入的電子個數(shù)為N。電子打在熒光屏上形成一條亮線。忽略電場變化產(chǎn)生的磁場；可以認為每個電子在板P和Q間運動過程中，兩板間的電壓恒定。求在2t0時間內(nèi)打到單位長度亮線上的電子個數(shù)n。

Answer 1

【答案】（1） （2） （3）

【解析】（1）根據(jù)動能定理

解得：

（2）電子在磁場中做勻速圓周運動，設圓運動半徑為 R，

由幾何關系 得：

根據(jù)牛頓第二定律： 得：

設圓弧所對圓心為α，滿足： ；

電子離開磁場后做勻速運動

解得坐標

（3）① 設電子在偏轉(zhuǎn)電場PQ中的運動時間為t1，PQ間的電壓為u

垂直電場方向：l=vt1 平行電場方向：

加速度

得：

電子出偏轉(zhuǎn)電場時，在x方向的速度 vx=at1

電子在偏轉(zhuǎn)電場外做勻速直線運動，設經(jīng)時間t2到達熒光屏。則水平方向：l=vt2

豎直方向：x2=vxt2 解得：

電子打在熒光屏上的位置坐標

②由圖可知，在任意t時間內(nèi)，P、Q間電壓變化u相等。

可知，打在熒光屏上的電子形成的亮線長度

所以，在任意t時間內(nèi)，亮線長度x相等,即一個周期內(nèi)單位長度亮線上的電子個數(shù)相同。

③在2t0時間內(nèi)打到單位長度亮線上的電子個數(shù)：當電子在電場中的側移量為x1=時，由

得：u=2U0

即偏轉(zhuǎn)電壓在0~±2U0之間時，射入P、Q間的電子可打在熒光屏上。

由圖可知，一個周期內(nèi)電子能從P、Q電場射出的時間

一個周期內(nèi)打在熒光屏上的電子數(shù)

④由得，電子打在熒光屏上的最大側移量

亮線長度L=2xm=3l 所以，從0~2t0時間內(nèi)，單位長度亮線上的電子數(shù)