(2011·南通模拟)(18分)如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在xOy平面的第一象限,存在以x轴、y轴及双曲线y=的一段(0≤x≤L,0≤y≤L)为边界的匀强电场区域

◎ 题目

(2011·南通模拟)(18分)如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在xOy平面的第一象限,存在以x轴、y轴及双曲线y=的一段(0≤x≤ L, 0≤y≤ L)为边界的匀强电场区域Ⅰ;在第二象限存在以x=-L、x=-2L、y=0、y=L的匀强电场区域Ⅱ.两个电场大小均为E,不计电子所受重力,电子的电荷量为e,求:

(1)从电场区域Ⅰ的边界B点处由静止释放电子,电子离开MNPQ时的坐标;
(2)由电场区域Ⅰ的AB曲线边界由静止释放电子离开MNPQ的最小动能;

◎ 答案

(1) (-2L,0) (2)

◎ 解析


(1)设电子的质量为m,电子在电场Ⅰ中做匀
加速直线运动,出区域Ⅰ时的速度为v0,接着在无电场区域
匀速运动,此后进入电场Ⅱ,在电场Ⅱ中做类平抛运动,假
设电子从NP边射出,出射点纵坐标为y1,
由y=对于B点y=L,则x= (2分)
所以eE·=  (2分)
解得v0=  (1分)
设在电场Ⅱ中运动的时间为t1
L-y1= (1分)
解得y1=0,所以原假设成立,即电子离开MNPQ区域的位置坐标为(-2L,0)               (2分)
(2)设释放点在电场区域Ⅰ中的坐标为(x,y),在电场Ⅰ中电子被加速,速度为v1时飞离电场Ⅰ,接着在无电场区域做匀速运动,然后进入电场Ⅱ做类平抛运动,并从NP边离开,运动时间为t2,偏转位移为y2.
eEx= (2分)
y2= (2分)
解得xy2=,所以原假设成立,即在电场Ⅰ区域的AB曲线边界由静止释放的所有电子离开MNPQ时都从P点离开的. (2分)
从边界AB出发到P点射出的全过程,由动能定理得:
 
,得到
根据数学知识得知,当,动能有最小值

◎ 知识点

    专家分析,试题“(2011·南通模拟)(18分)如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在xOy平面的第一象限,存在以x轴、y轴及双曲线y=的一段(0≤x≤L,0≤y≤L)为边界的匀强电场区域…”主要考查了你对  【带电粒子在电场中的偏转】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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