模型组合讲解——类平抛运动模型[模型概述]带电粒子在电场中的偏转是中学物理的重点知识之一,在每年的高考中一般都与磁场综合,分值高,涉及面广,同时相关知识在技术上有典型的应用如示波器等,所以为高考的热点内容
[模型讲解]例
(2005 年常州调研)示波器是一种多功能电学仪器,可以在荧光屏上显示出被检测的电压波形,它的工作原理可等效成下列情况:如图 1(甲)所示,真空室中电极 K 发出电子(初速不计),经过电压为 U1的加速电场后,由小孔 S 沿水平金属板 A、B 间的中心线射入板中
板长为L,两板间距离为 d,在两板间加上如图 1(乙)所示的正弦交变电压,周期为 T,前半个周期内 B板的电势高于 A 板的电势,电场全部集中在两板之间,且分布均匀
在每个电子通过极板的极短时间内,电场视作恒定的
在两极板右侧且与极板右端相距 D 处有一个与两板中心线(图中虚线)垂直的荧光屏,中心线正好与屏上坐标原点相交
当第一个电子到达坐标原点 O 时,使屏以速度 v 沿负 x 方向运动,每经过一定的时间后,在一个极短时间内它又跳回到初始位置,然后重新做同样的匀速运动
(已知电子的质量为 m,带电量为 e,不计电子重力)求:(1)电子进入 AB 板时的初速度;(2)要使所有的电子都能打在荧光屏上(荧光屏足够大),图 1(乙)中电压的最大值 U0需满足什么条件
(3)要使荧光屏上始终显示一个完整的波形,荧光屏必须每隔多长时间回到初始位置
计算这个波形的峰值和长度,在如图 1(丙)所示的yx 坐标系中画出这个波形
图 1(丙)解析:(1)电子在加速电场中运动,据动能定理,有meUvmveU11211221,
(2)因为每个电子在板 A、B 间运动时,电场均匀、恒定,故电子在板 A、B 间做类平抛运动,在两板之外做匀速直线运动打在屏上,在板 A、B 间沿水平方向的分运动为匀速运动,则有:tvL