Question

（22分）如圖所示，電子顯像管由電子槍、加速電場、偏轉磁場及熒光屏組成。在加速電場右側有相距為d、長為l的兩平板，兩平板構成的矩形區(qū)域內(nèi)存在方向垂直紙面向外的勻強磁場，磁場的右邊界與熒光屏之間的距離也為d。熒光屏中點O與加速電極上兩小孔S₁、S₂位于兩板的中線上。從電子槍發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為 –e的電子，經(jīng)電壓為U₀的加速電場后從小孔S₂射出，經(jīng)磁場偏轉后，最后打到熒光屏上。若，不計電子在進入加速電場前的速度。

 

(1) 求電子進入磁場時的速度大小；

(2) 調(diào)整勻強磁場的強弱重復實驗，電子可打在熒光屏上的不同位置。求電子到達熒光屏的位置與O點距離的最大值和此時磁感應強度B的大小；

(3) 若撤去磁場,在原磁場區(qū)域加上間距仍為d的上、下極板構成的偏轉電極，加速電極右側與偏轉電極緊靠。為了使電子經(jīng)電場偏轉后到達熒光屏上的位置與經(jīng)磁場偏轉的最大值相同。在保持O與S₂距離不變，允許改變板長的前提下，求所加偏轉電壓的最小值。

 

Answer 1

【答案】

（1）（2）      （3）

【解析】

試題分析：

(1) 設電子經(jīng)電場加速后的速度大小為v₀，由動能定理得

        ①

        ②

(2) 電子經(jīng)磁場偏轉后,沿直線運動到熒光屏，電子偏轉的臨界狀態(tài)是恰好不撞在上板的右端，到達熒光屏的位置與O點距離即為最大值，如圖所示，有

            ③

            ④

          ⑤

注意到 ，，聯(lián)立上式可得

           ⑥

        ⑦

(3)電子在電場中做曲線運動，在電場外做勻速直線運動。對恰好能通過板右端點的電子在熒光屏上的位置離O點最大，且為的情況。設極板長度為l´，有

 

          ⑧

其中           ⑨

             ⑩

其中               11

            12

         13

解得             14

若增大l´, 則無論加多大電壓，電子在熒光屏上的偏移不能達到，當減小l´,若保持電壓U不變，則電子在熒光屏上的偏移也不能達到，只有增大電壓才有可能實現(xiàn)。因此，要使電子在熒光屏上的偏移達到對應電壓的最小值為

  

           15

在加速電場中只有電場力做功，由動能定理可求進入電場時的速度 。

對于帶電粒子在磁場中的偏轉應熟練一定圓心、二畫軌跡、三求半徑，熟練應用幾何關系進行求解；帶電粒子在偏轉電場中做類平拋運動，就熟練類平拋運動的規(guī)律。

考點：本題考查加速電場、帶電粒子在磁場中偏轉、類平拋運動規(guī)律。