Question

如圖所示，MN為平行板電容器C兩極板，極板長為L，兩極板的間距為d，虛線到M板距離為

1

3

d，右端為屏，屏足夠大與極板垂直，到極板右端的距離為D．有一細電子束沿圖中虛線以速度v₀連續不斷地射入電場且能穿出．已知電子電量為e，電子質量為m，平行板電容器極板間可調偏轉電壓為U_MN，忽略細電子束的寬度及電子所受的重力及電子間的相互作用力．求：
（1）兩板間所加偏轉電壓U_MN的范圍
（2）若兩板間電壓恒定為U₀，且N板電勢比M板高，電子飛出平行板時的動能多大？
（3）在（2）這種情況下，電子到達屏上時，它離O點的距離y．

Answer 1

解（1）電子在電場中做類平拋運動
垂直電場方向有L=v₀t
沿電場方向有y=

1

2

at2
其中a=

F

m

，F=eE，E=

U

d

，a=

eU

md

則y=

eUL2

2md v 20

當-

d

3

＜y＜

2d

3

時，電子能從極板間穿出
所以-

2md2 v 20

3eL2

＜U＜

4md2 v 20

3eL2

．
（2）當兩板電壓恒定為U₀時，則y=

eU0L2

2md v 20

由動能定理得：eEy=

1

2

mv2-

1

2

m

v

20

所以飛出極板時的動能為Ek=

1

2

mv2=

1

2

m

v

20

+

e2 U 20 L2

2md2 v 20

．

（3）由相似三角形得

y′

y

=

D+ L 2

L 2

y′=

D+ L 2

L 2

y=(2D+L)

eU0L

2md v 20

．
答：（1）兩板間所加偏轉電壓U_MN的范圍-

2md2 v 20

3eL2

＜U＜

4md2 v 20

3eL2

．
（2）電子飛出平行板時的動能為Ek=

1

2

m

v

20

+

e2 U 20 L2

2md2 v 20

．
（3）電子到達屏上時，它離O點的距離為y′=(2D+L)

eU0L

2md v 20

．