解题思路:(1)离子进入电场后做类平抛运动,先由类平抛运动的知识求出离子恰好从极板边缘射出时的电压,利用推论,求出离子打在屏上最大的偏转距离.即可得到离子打在屏上的区域面积;
(2)在第(1)问的基础上,根据临界情况的电压,求出在一个周期内,离子打到屏上的时间.
(1)设离子恰好从极板边缘射出时的电压为U0
水平方向:l=v0t①
竖直方向:[d/2]=[1/2]at2②
又a=[qU0/md]③
由①②③得
U0=
md2
v20
ql2=
0.042×(4×106)2
2×1010×0.12 V=128V
当U≥128V时离子打到极板上,当U<128V时打到屏上,可知,离子通过电场偏转距离最大为[1/2]d.
利用推论:打到屏的离子好像是从极板中心沿直线射到屏上.
由三角形相似可得
l
2+
l
2
l
2=
y
d
2
解得打到屏上的长度为y=d
又由对称知,离子打在屏上的总长度为2d
区域面积为S=2y•a=2ad=64cm2
(2)在前[1/4]T,离子打到屏上的时间t0=[128/200]×0.005s=0.0032 s;
又由对称性知,在一个周期内,打到屏上的总时间t=4t0=0.0128s.
答:(1)离子打在屏上的区域面积为64cm2;
(2)在一个周期内,离子打到屏上的时间为0.0128s..
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题是类平抛运动的问题,采用运动的分解方法处理,关键是挖掘隐含的临界条件,并且巧妙利用推论进行研究.