解题思路:(1)进入到金属板之间的带电粒子的加速度根据牛顿第二定律和E=[U/d]结合求解.
(2)通过分析每个周期内带电粒子的运动情况,确定只有在每个周期的0~[T/4]时间内放出的带电粒子才能从小孔Q中射出时应满足的条件,根据牛顿第二定律和运动学公式求解各物理量之间应满足的关系.
(3)t=0时刻进入电场的粒子在电场中运动的时间为最短,由运动学公式求出最短时间,再求解与周期之比.
(1)根据牛顿第二定律得:
加速度 a=[F/m]=[qE/m]=[Uq/dm]
(2)粒子在[T/4] 时刻进入A、B间电场时,先加速,后减速,由于粒子刚好离开电场,说明它离开电场的速度为零,由于加速和减速的对称性,故粒子的总位移为加速时的2倍,所以有:
d=2×[1/2a(
T
4)2=
qUT2
16md] ①
即 d2=
qUT2
16m
(3)若情形(2)中的关系式①成立,则t=0时刻进入电场的粒子在电场中运动的时间最短(因只有加速过程).设最短时间为tx,则有:
d=[1/2a
t2x] ②
在t=[T/4]时刻进入电场的粒子在t=[3T/4]的时刻射出电场,所以有粒子飞出电场的时间为:
△t=[3T/4]-tx③
由②、③式得:[△t/T]=
3−
2
4 ④
答:
(1)进入到金属板之间的带电粒子的加速度为[Uq/dm].
(2)上述物理量d、m、q、U、T之间应满足的关系为d2=
qUT2
16m.
(3)每个周期内从小孔Q中有粒子射出的时间与周期T的比值为[△t/T]=
3−
2
4.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题关键是分析带电粒子的运动情况,确定出临界条件,运用牛顿第二定律和运动学规律结合进行求解.