解题思路:(1)由F=Eq计算出电场力,与电子的重力相比较,可知重力可忽略不计;电子进入电场后做类平抛运动,水平方向做匀速运动,沿竖直方向做初速度为零的匀加速运动,根据水平方向的匀速运动规律求解时间;根据竖直方向匀加速运动的规律和牛顿第二定律,求解侧位移;
(2)电子飞出电场时的速度可由水平和竖直两个分速度合成,竖直分速度由vy=at求解;
(3)电子离开电场后做匀速直线运动,先求出电子离开电场时偏转角的正切,再由数学知识求解OP的长.
(1)电子在匀强电场中受到电场力与重力作用,由于电场力F=Eq=[qU/d]=
1.6×10 −19×90
0.01=1.44×10-15N,远大于电子的重力(约9×10-30N),故只考虑电场力的作用.由于沿水平方向做匀速直线运动,沿竖直方向做初速度为零的匀加速运动,与平抛物体的运动类似.
电子水平方向上做匀速直线运动,有:
t=[l
v0=
0.05
2×107=2.5x10-9s
电子在电场中的加速度为:
a=
qU/md]
则侧位移为:
y0=[1/2]at2=
qUt2
2md
因t=[l
v0,整理得:
y0=
qUl2
2md
v20=
1.6×10 −19×90×0.05 2
2×0.01×9.1×10 −31×(2×10 7) 2m=5×10-3m
(2)电子飞出电场时,水平分速度:
vx=v0
竖直分速度:
vy=at=
qUl
md
v 0=
1.6×10 −19×90×0.05
9.1×10 −31×0.01×(2×10 7)=4×106m/s
飞出电场时的速度为:
v=
v2x+
v2y
代入数据可得:
v≈2.04×107m/s
设v与v0的夹角为θ,则:
tanθ=
vy
vx=
4×106
2×107=0.2
(3)电子飞出电场后做匀速直线运动,根据数学知识得:
OP=y0+
./MP]=y0+s•tanθ=5×10-3m+0.1×0.2m=2.5×10-2m
答:(1)电子偏离金属板时的侧位移是5×10-3m.
(2)电子飞出电场时的速度是2.04×107m/s.
(3)电子离开电场后,打在屏上的P点,若S=10cm,OP的长是2.5×10-2m.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题考查了带电粒子在匀强电场中的偏转,其运动规律是类平抛运动,常用的方法是沿电场方向和垂直于电场的方向上进行正交分解,前者是初速度为零的匀加速直线运动,后者是匀速直线运动.同时注意几何知识在物理学中的应用,第4小题也可以运用三角形相似法求解.