有一平行板电容器,内部为真空,两个极板的间距为d,极板长为L,极板间有一匀强电场,U为两极板间的电压,电子从极板左端的正中央以初速v0射入,其方向平行于极板,并打在极
◎ 题目
有一平行板电容器,内部为真空,两个极板的间距为d,极板长为L,极板间有一匀强电场,U为两极板间的电压,电子从极板左端的正中央以初速v0射入,其方向平行于极板,并打在极板边缘的D点,如图(甲)所示.电子的电荷量用e表示,质量用m表示,重力不计.回答下面问题(用字母表示结果). (1)求电子打到D点的动能; (2)电子的初速v0必须大于何值,电子才能飞出极板; (3)若极板间没有电场,只有垂直纸面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,电子从极板左端的正中央以平行于极板的初速v0射入,如图(乙)所示,则电子的初速v0为何值,电子才能飞出极板? |
◎ 答案
(1)设电子打到D点时的动能为Ek,由动能定理可得: Ek-
由①式解得:Ek=
(2)设电子刚好打到极板边缘时的速度为v,电子在平行板电容器间做类平抛运动,设其在竖直方向的加速度为a,在电场中的飞行时间为t,则由电场力及牛顿第二定律、平抛运动的规律可得:
v=
由③④⑤式联立解得:v=
所以电子要逸出电容器,必有:v0>
(3)在只有磁场情况下电子要逸出电容器,有两种情况. ①电子从左边边缘飞出磁场,做半圆周运动,其半径:R1=
由洛仑兹力和向心力公式可得:ev1B=m |