解题思路:(1)电子经电场加速后的速度可以通过动能定理求得;
(2)电子经磁场偏转后,沿直线运动到荧光屏,电子偏转的临界状态是恰好不撞在上板的右端,到达荧光屏的位置与O点距离即为最大值,磁感应强度可以通过圆周运动向心力公式和几何关系求得;
(3)电子在电场中做曲线运动,在电场外做匀速直线运动.对恰好能通过板右端点的电子在荧光屏上的位置离O点最大,且为最大值的情况,可通过牛顿运动定律,匀变速直线运动的速度位移公式及几何关系求解.
(1)设电子经电场加速后的速度大小为v0,由动能定理得
eU0=
1
2mv02
v0=
2eU0
m
(2)电子经磁场偏转后,沿直线运动到荧光屏,电子偏转的临界状态是恰好不撞在上板的右端,到达荧光屏的位置与O点距离即为最大值ym,如图所示,有
ev0B=
mv02
R
(R−
d
2)2+l2=R2
tanα=
l
R−
d
2=tanθ=
ym−
d
2
d
注意到 l=
3d
2,v0=
2eU0
m,联立上式可得
R=
5d
2
ym=
5d
4
B=
2mv0
5ed=
2
5d
2mU0
e
(3)电子在电场中做曲线运动,在电场外做匀速直线运动.对恰好能通过板右端点的电子在荧光屏上的位置离O点最大,且为ym的情况.设极板长度为l´,有
tanθ=
vy
vx=
ym−
d
2
l+d−l′⑧
其中
vx=vy=
2eU0
m ⑨
vy=at⑩
其中
a=
F
m=
eU
md
vy2=2a
d
2=ad
解得l′=
10d
7
若增大l´,则无论加多大电压,电子在荧光屏上的偏移不能达到ym,当减小l´,
若保持电压U不变,则电子在荧光屏上的偏移也不能达到ym,只有增大电压才有可能实现.
因此,要使电子在荧光屏上的偏移达到ym对应电压的最小值为:
Umin=
2U0d2
l′2
Umin=
49U0
50=0.98U0
答:(1)电子进入磁场时的速度大小为
2eU0
m;(2)电子到达荧光屏的位置与O点距离的最大值ym为[5d/4],磁感应强度B的大小为
2
5d
2mU0
e;(3)所加偏转电压的最小值为0.98U0.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;动能定理的应用;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 该题涉及到带电粒子在电场和磁场的运动情况,对同学们的分析能力和数学功底要求较高,难度很大,属于难题.