解题思路:(1)根据动能定理可求电子到达小孔S2时的速度
(2)电子在磁场中做匀速圆周运动,做出在磁场中运动轨迹图,根据几何关系可求磁场强度B和x坐标
(3)电子在偏转电场中做类平抛运动,求出偏转距离x,电子在偏转电场外做匀速直线运动,求出电子打在荧光屏上的位置坐标,根据图象一个周期内电子能从P、Q电场射出的时间t=
2
3
T
,从而求出一个周期内打在荧光屏上的电子数,从而求出2t0时间内打到单位长度亮线上的电子个数
(1)根据动能定理eU0=
1
2mv2
解得:v=
2eU0
m①
(2)电子在磁场中做匀速圆周运动,设圆运动半径为 R,
在磁场中运动轨迹如图,由几何关系R2=l2+(R−
l
2)2
解得:R=
5
4l
根据牛顿第二定律:Bev=m
v2
R
解得:B=
4
5l
2mU0
e
设圆弧所对圆心为α,满足:sinα=
l
R=
4
5由此可知:tanα=
4
3
电子离开磁场后做匀速运动,满足几何关系:
x−
l
2
l=tanα
通过上式解得坐标x=
11
6l
(3)设电子在偏转电场PQ中的运动时间为t1,PQ间的电压为u
垂直电场方向:l=vt1②
平行电场方向:x1=
1
2at12③
此过程中电子的加速度大小 a=
eu
ml④
①、②、③、④联立得:x1=
ul
4U0
电子出偏转电场时,在x方向的速度vx=at1⑤
电子在偏转电场外做匀速直线运动,设经时间t2到达荧光屏.则
水平方向:l=vt2⑥
竖直方向:x2=vxt2⑦
①、⑤、⑥、⑦联立,解得:x2=
ul
2U0
电子打在荧光屏上的位置坐标x=x1+x2=
3l
4U0u⑧
在2t0时间内,打到单位长度亮线上的电子个数:
当电子在P、Q电场中的侧移量x1=[l/2]时,
由x1=
ul
4U0得:u=2U0
当偏转电压在0~±2U0之间时,射入P、Q间的电子可打在荧光屏上.
由图2可知,一个周期内电子能从P、Q电场射出的时间t=
2
3T=
4t0
3
所以,一个周期内打在荧光屏上的电子数Nt=
4Nt0
3
由⑧式,电子打在荧光屏上的最大侧移量xm=
3l
2
亮线长度L=2xm=3l
所以,从0~2t0时间内,单位长度亮线上的电子数n=
Nt
L=
4Nt0
9l
答:(1)电子到达小孔S2时的速度大小
2eU0
m
(2)磁感应强度大小为
4
5l
2mU0
e
电子打在荧光屏上的位置坐标为[11l/6];
(3)2t0时间内打到单位长度亮线上的电子个数为
4Nt0
9l
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;牛顿第二定律;电功、电功率;带电粒子在混合场中的运动.
考点点评: 本题考查电子在混合场中的运动,根据运动情况做出运动轨迹图,利用数学知识求解,过程复杂,有一定的难度.