Question

一平行板電容器長l＝10 cm，寬a＝8 cm，板間距d＝4 cm，在板左側有一足夠長的“狹縫”離子源，沿著兩板中心平面，連續不斷地向整個電容器射入離子，它們的比荷均為2×1010 C/kg，速度均為4×106 m/s，距板右端l/2處有一屏，如圖6－3－24甲所示，如果在平行板電容器的兩極板間接上如圖乙所示的交流電，由于離子在電容器中運動所用的時間遠小于交流電的周期，故離子通過電場的時間內電場可視為勻強電場．試求：

 (1)離子打在屏上的區域面積；

(2)在一個周期內，離子打到屏上的時間．

圖6－3－24

Answer 1

解析　(1)設離子恰好從極板邊緣射出時極板兩端的電壓為U0，

水平方向：l＝v0t①

豎直方向：＝at2②

又a＝③

由①②③得U0＝＝128 V

即當U≥128 V時離子打到極板上，當U<128 V時離子打到屏上，

利用推論：打到屏上的離子好像是從極板中心沿直線射到屏上，由此可得：＝，

解得y＝d，

又由對稱性知，打到屏上的總長度為2d

則離子打到屏上的區域面積為S＝2da＝64 cm2.

(2)在前T，離子打到屏上的時間：

t0＝×0.005 s＝0.003 2 s，

又由對稱性知，在一個周期內，打到屏上的總時間

t＝4t0＝0.012 8 s.

答案　(1)64 cm2　(2)0.012 8 s