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问题: 电场问题


8)如图,U1是加速电压,紧靠其右侧的是两块彼此平行的水平金属板,板长为L,两板间距离为d,一个质量为m,带电量为-q的粒子,经加速电压加速后沿金属板中心线水平射入
两板中,若两水平金属板间加一电压U2,当上板为正时,带电粒子恰好沿两板中心线射出,当下板为正时,带电粒子
则射到下板上距板的左端1/4处,求1)U1/U2? 2)为使带电粒子经U1加速后,沿中心线射入两金属板,并能从两板间射出,两水平金属板所加电压U2应满足什么条件?

解答:

解:1)当上板为正时,带电粒子恰好受力平衡
G=F=mg=Eq=U2q/d
当下板为正时,
粒子水平方向:U1q=1/2mv^2
v=√2U1q/m
t=s/v=L/4√2U1q/m
竖直方向:F合=mg+U2q/d=2U2q/d=ma
a=2U2q/dm
d/2=1/2at^2得
U1/U2=L^2/16d^2
2)若粒子恰从下级板射出,则下级板为正,设电压U2'
t'=L/v=L√m/2U1q
d/2=1/2a' t'^2
a'=(U2'q/d+mg)/m
U2'=d/q(2U1dq/L^2-mg)
∴U2'≤d/q(2U1dq/L^2-mg)

若粒子恰从上级板射出,则上级板为正,设电压U2"
a”=(U2'q/d-mg)/m
U2"=d/q(2U1dq/L^2+mg)
U2"≥d/q(2U1dq/L^2+mg)