Question

（9分）如圖所示，相距2L的AB、CD兩直線間的區(qū)域存在著兩個(gè)大小不同、方向相反的有界勻強(qiáng)電場(chǎng)，其中PT上方的電場(chǎng)E₁的場(chǎng)強(qiáng)方向豎直向下，PT下方的電場(chǎng)E₀的場(chǎng)強(qiáng)方向豎直向上，在電場(chǎng)左邊界AB上寬為L(zhǎng)的PQ區(qū)域內(nèi)，連續(xù)分布著電量為＋q、質(zhì)量為m的粒子.從某時(shí)刻起由Q到P點(diǎn)間的帶電粒子，依次以相同的初速度v₀沿水平方向垂直射入勻強(qiáng)電場(chǎng)E₀中，若從Q點(diǎn)射入的粒子，通過PT上的某點(diǎn)R進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)E₁后從CD邊上的M點(diǎn)水平射出，其軌跡如圖，若MT兩點(diǎn)的距離為L(zhǎng)/2.不計(jì)粒子的重力及它們間的相互作用.試求：

（1）電場(chǎng)強(qiáng)度E₀與E₁；
（2）在PQ間還有許多水平射入電場(chǎng)的粒子通過電場(chǎng)后也能垂直CD邊水平射出，這些入射點(diǎn)到P點(diǎn)的距離有什么規(guī)律？

Answer 1

（1）  （2）PF間的距離為 （n = 1，2，3，……）

試題分析：（1）設(shè)粒子經(jīng)PT直線上的點(diǎn)R由E₀電場(chǎng)進(jìn)入E₁電場(chǎng)，由Q到R及R到M點(diǎn)的時(shí)間分別為t₁與t₂，到達(dá)R時(shí)豎直速度為v_y，則：
由、及得：
    ①
    ②
      ③
         ④
上述三式聯(lián)立解得：,     
(2）由及③式可得.
因沿PT方向粒子做勻速運(yùn)動(dòng)，故P、R兩點(diǎn)間的距離是R、T兩點(diǎn)間距離的兩倍.即粒子在E₀電場(chǎng)做類平拋運(yùn)動(dòng)在PT方向的位移是在E₁電場(chǎng)中的兩倍.
設(shè)PQ間到P點(diǎn)距離為△y的F處射出的粒子通過電場(chǎng)后也沿水平方向，若粒子第一次達(dá)PT直線用時(shí)△t，水平位移為△x，則
      
粒子在電場(chǎng)E₁中可能做類平拋運(yùn)動(dòng)后垂直CD邊射出電場(chǎng)，也可能做類斜拋運(yùn)動(dòng)后返回E₀電場(chǎng)，在E₀電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)垂直CD水平射出，或在E₀電場(chǎng)中做類斜拋運(yùn)動(dòng)再返回E₁電場(chǎng).，若粒子從E₁電場(chǎng)垂直CD射出電場(chǎng)，則
 （n＝0、1、2、3、……）
解之得： （n＝0、1、2、3、……）
若粒子從E₀電場(chǎng)垂直CD射出電場(chǎng)，則
 （k＝1、2、3、……）     
 （k＝1、2、3、……）
即PF間的距離為其中n＝0、1、2、3、……，k＝1、2、3、……
或   （n＝1、2、3、……）
解之得： 
（n＝1、2、3、……）
即PF間的距離為 （n = 1，2，3，……）