Question

在如圖甲所示的裝置中，陰極K能夠連續(xù)不斷地發(fā)射初速不計(jì)的電子，這些電子經(jīng)P、K間的電場加速后，都能通過P板上的小孔沿垂直于P板的方向進(jìn)入P板右側(cè)的區(qū)域，打到P板右側(cè)L遠(yuǎn)處且與P平行的熒光屏Q上的O點(diǎn)，由于P、K相距很近，所有電子通過電場所用時間可忽略不計(jì)�，F(xiàn)在P與Q間加垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且從某一時刻t=0開始，在P、K間加一周期性變化的電壓，電壓隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示，則從該時刻起，所有從小孔射出的電子恰好能全部打到熒光屏上。已知電子質(zhì)量為m，帶電量為e。求：

(1)電子打到熒光屏上的范圍；

(2)從t=0開始電壓變化的一個周期內(nèi)，打到屏上距O點(diǎn)最近的電子與最遠(yuǎn)的電子的時間差。

Answer 1

解：(1)經(jīng)U₀加速的電子，在磁場中偏轉(zhuǎn)半徑最小，根據(jù)題意，剛好能與Q屏相切A點(diǎn)，設(shè)勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，即：

=eU₀  (1)

=L  (2)

經(jīng)最大電壓加速的電子，在磁場中運(yùn)動的軌道半徑為R，與Q屏交于D點(diǎn)，則：

=4eU₀  (3)

=R  (4)

由(1)(2)(3)(4)式及幾何關(guān)系可算得，OA=L 

OD=(2)L  (6)

即電子打到熒光屏上的范圍是O點(diǎn)下方距O點(diǎn)L到(2)L之間

(2)設(shè)電子在磁場中運(yùn)動周期為T，則：

t=  (7)

設(shè)經(jīng)U₀加速電壓加速的電子離開電場后到達(dá)Q屏上的A點(diǎn)所用時間t₁，經(jīng)4U₀加速后的電子到達(dá)Q屏上的D點(diǎn)所用時間為t₂，則：

t₁=  (8)

t₂=T₀+  (9)

由(1)(2)(7)(8)(9)可解得：

△t=t₂-t₁=T₀  (10)