Question

【題目】“電子能量分析器”主要由處于真空中的電子偏轉器和探測板組成．偏轉器是由兩個相互絕緣、半徑分別為RA和RB的同心圓金屬半球面A和B構成，A、B為電勢值不等的等勢面，其過球心的截面如圖所示．一束電荷量為e、質量為m的電子以不同的動能從偏轉器左端M的正中間小孔垂直入射，進入偏轉電場區域，最后到達偏轉器右端的探測板N，其中動能為Ek0的電子沿等勢面C做勻速圓周運動到達N板的正中間．忽略電場的邊緣效應．

（1）判斷球面A、B的電勢高低，并說明理由；

（2）求等勢面C所在處電場強度E的大小；

（3）若半球面A、B和等勢面C的電勢分別為φA、φB和φC，則到達N板左、右邊緣處的電子，經過偏轉電場前、后的動能改變量ΔEK左和ΔEK右分別為多少？

（4）比較|ΔEK左|和|ΔEK右|的大小，并說明理由．

Answer 1

【答案】（1）

（2）

（3）對于到達N板左邊緣的電子，電場力做正功，動能增加，有：

對到達N板右邊緣的電子，電場力做負功，動能減小，有

（4）

【解析】

（1）根據題中所述電子做勻速圓周運動，可知，電場力指向球心，電場方向由B指向A．沿電場線電勢逐漸降低，B板電勢高于A板，即．

（2）電子在電場力作用下做圓周運動，考慮到圓軌道上的電場強度E大小相同，有：

，電子動能為=，其中半徑R=，根據向心力公式：Ee=

聯立得：.

（3）電子運動過程中只收電場力，根據動能定理：

對于到達N板左邊緣的電子，電場力做正功，動能增加，有：

對到達N板右邊緣的電子，電場力做負功，動能減小，有

（4）由題意可知，電場線以O點為中心向外成輻射狀，且電場線越密場強越強．根據電場線特點，

等勢面B與C之間的電場強度大于C與A之間的電場強度，考慮到等勢面間距相等，有

, 即：