解题思路:把粒子的运动分解为沿平行于极板方向上的匀速运动,垂直于极板方向上先在电场中加速,后匀速运动.粒子在电场中沿电场方向做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求出加速度,根据匀变速运动的位移公式求出在电场中运动的时间,离开电场后,沿原来的方向做匀速运动,根据位移公式求出时间,这两段时间之和,就是粒子运动的总时间.粒子在平行于极板方向上一直做匀速直线运动,根据运动的等时性,运用位移公式可以计算出粒子从放射源射出的速率.
(1)沿A板平行射出的粒子到达荧光屏C时离圆形亮斑中心最远.
(2)沿A板平行射出的粒子,到达荧光屏C时离圆形亮斑中心的距离为R,粒子在电场中运动时间为t1,
则:粒子在AB间沿电场方向做匀加速直线运动,位移为:d=
1
2at12
根据牛顿第二定律,加速度为:a=
qU
md
由以上二式∴t1=
2md2
qU
粒子在BC间沿水平方向是匀速直线运动,运动时间t2,
则:匀速运动的速度为在电场中加速的末速度为:vx=at1=
2qU
m
匀速运动的位移为L=vxt2
∴t2=
mL2
2qU
在垂直于电场方向(平行于极板方向)上一直以初速度v0做匀速运动
∴R=v0(t1+t2)
∴v0=
R
t1+t2=
R
2md2
qU+
mL2
2qU=
R
m
2qU(2d+L)=
R
2d+L
2qU
m
答:(1)沿A板平行射出的粒子到达荧光屏C时离圆形亮斑中心最远.
(2)β粒子从放射源M射出的速率为
R
2d+L
2qU
m.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;氢原子的能级公式和跃迁.
考点点评: 本题的难点是如何把粒子运动进行分解,粒子的运动可以分解为沿平行于极板方向上的匀速运动,垂直于极板方向上先在电场中加速,后匀速运动,这是解题的关键.